为探讨太空环境对葛麻姆Pueraria montana的诱变效应,筛选出生长状态佳、异黄酮成分含量高的优良种质,实验对79株航天葛麻姆和10株对照葛麻姆进行农艺性状观测、花朵异黄酮成分与AFLP荧光分子标记,用Excel 2019、SPSS 25.0、NTSYSpc-2.11F、Popgen 32等软件进行遗传多样性分析并聚类.结果表明,航天组的叶片毛姿态与花结构等2个性状发生变化,数量性状的CV、H'均高于对照组,聚类后有5株航天葛麻姆分出.航天组共有10株葛麻姆花的6"-O-木糖鸢尾苷与鸢尾苷显著高于对照组,二者总量均超过11％,聚类后共有9株航天葛麻姆分出.从64对引物中筛选出9对多态性引物,多态性位点数共1 620个,多态位点百分率(PPL)平均值为83.33％;Nei's基因多样性指数(H)平均值为0.192 2、Shannon's信息指数(I)平均值为0.305 2,聚类后有4株航天植株分出.综合筛选结果,航天组30号、66号、89号葛麻姆受到太空环境的诱变作用较大,主要表现为生长状况更佳、花朵异黄酮含量更高,且30号有花结构变异、花重达到对照组2倍,可作为后续试验的重点研究材料.

本研究以自主研发的聚偏二氟乙烯膜(PVDF)细胞培养技术进行了梅花鹿(Cervus nippon)体细胞的航天培养及生物诱变,并分析了其细胞在航天诱变后的生长曲线和核型特性.采用耳缘皮肤组织块贴壁培养的方法进行体细胞的原代培养;胰蛋白酶消化的方法完成细胞的传代培养;依照程序降温的方法完成细胞的冷冻保存;每天计数24孔板每孔的活细胞数并利用Excel 97-2003绘制出细胞的生长曲线,采用IBM SPSS Statistics 23统计软件回归分析程序中的非线性回归分析子程序Logistic曲线模型分析细胞生长曲线的拟合度;以常规染色体标本制备技术,利用细胞遗传工作站(AI)软件对梅花鹿体细胞的染色体核型进行分析.实验结果表明,新开发的PVDF膜细胞培养技术可有效保持梅花鹿体细胞在太空飞行过程中的存活并成功回收、传代建系.通过细胞传代培养观察发现,该体细胞经航天诱变后保持正常的成纤维细胞特征,生长曲线呈“S”型,航天诱变组体细胞在培养4d进入对数生长期,与对照组体细胞在培养2d进入对数生长期相比其细胞增殖速度减慢.拟合生长曲线分析表明,航天诱变组细胞生长拟合度值与对照组相似,但细胞增殖拐点时间、拐点细胞量分析结果证明,航天诱变后的体细胞增殖速度减慢.核型分析显示,航天诱变梅花鹿体细胞染色体数保持2n=66,染色体形态正常,核型为66 (XX),其中32对常染色体,1对性染色体.本研究建立了哺乳动物在航天运行条件下的细胞培养PVDF新技术,并分析了航天诱变对于梅花鹿细胞生物学特性变化的影响,为以后进行相关研究提供了基础信息和技术支持.

为预测控制烟草重要性状的关键基因并研究航天诱变机理,对经航天诱变选育的烟草突变体材料NC89-M与野生型NC89进行全基因组重测序,测序深度30×,并对各种类型变异进行检测注释.NC89中检测到单核苷酸多态性位点(SNP,Single nucleotide polymorphism)1848013个,小片段插入缺失(Indel,insertion-delection) 398922个,结构变异(SV,Structure variation) 41969个;NC89-M中检测到SNP 1876219个,Indel 402011个,SV 42699个.NC89-M和NC89对比共得到271655个SNP,分布在8378个基因上,23450个Indel造成2156个基因突变.分析结果表明,NC89-M中SNP变异数目最多,其转换类型和颠换类型的比值为2.053,说明航天诱变对烟草基因组的变异以单碱基突变为主,突变类型以转换为主;在Indel中,插入突变数目明显多于缺失突变,证明航天诱变造成的Indel中以插入突变为主;在SV中,航天诱变主要造成了插入、缺失、倒位、染色体内部迁移和染色体间的迁移5种结构变异类型;变异基因KEGG注释表明,与代谢通路和次生代谢产物合成两方面基因突变数目最多;变异基因功能注释表明,突变体中调控开花时间的MADS-box基因,调控侧生器官发育与叶缘形状的KNOX1基因和萜类化合物合成相关基因等发生了变异.

随着人类对宇宙的不断探索,大量研究观察到微生物次级代谢在航天飞行中的变化,为人类利用太空环境进行高产和高质量微生物制药带来了希望.研究者认为,太空环境下微生物生长停滞期缩短,更早进入生长期,更早产生次级代谢产物.由于空间飞行的稀缺性和高昂成本,研究者利用微重力模拟设备进行微生物次级代谢研究.目前,不同的航天飞行和模拟微重力下微生物次级代谢研究并未观察到趋势相对一致的结果,其表型变化背后的分子生物学机制也有待进一步研究.太空微生物制药利用太空诱变筛选具有商业和医学价值的制药微生物菌株,这种航天飞行后地面筛选的模式具有无法控制诱变方向、被动筛选的缺陷,有待相关诱变通路进一步研究后予以改进.

对15年生白桦航天搭载家系(HT-1、HT-2、HT-3、HT-4)及地面对照(CK-1、CK-2、CK-3、CK-4)的生长性状进行分析,并利用2年生、5年生及15年生的生长性状拟合生长曲线.结果表明:15年生HT-1和HT-4的树高分别与地面对照家系间差异达到了极显著水平和显著水平.其中,HT-1树高高于地面对照,而HT-4树高则低于地面对照.其余2个航天搭载家系的树高也高于对照家系,但未达到显著水平.随树龄的增长,航天搭载家系与地面对照的部分性状由差异显著变为差异不显著,但整体差异趋势依旧与苗期保持一致.航天搭载白桦家系及地面对照重复力除98-3家系外都属于高重复力水准(>0.5),HT-1树高性状的突变增益最高,为7.31％.以-x+S为标准在HT-1内选择了4株优良单株,最优单株树高比地面对照家系提高了35.29％.通过拟合树高生长曲线预测了树高生长的趋势.

我国中药资源物种储量丰富,长期以来我国的中药材以野生采收为主,目前中药野生资源已远不能满足中药现代化发展的需求.人工培育的药用植物优良品种少、种植面积小、产量低,多种常用药材处于短缺状态,亟须采用科学的育种方式,提高药用植物的产量及品质.空间诱变育种具有效率高、变异幅度大、育种周期短等特点,是获得新种质资源的有效途径.空间环境对植物的诱变效应主要表现在空间微重力、辐射以及空间环境综合因素复合效应影响植物细胞分裂、染色体结构、DNA损伤修复等,使植物产生变异.目前药用植物空间诱变机制研究主要集中在空间环境对药用植物的生长发育、生理生化、细胞结构、分子水平和有效成分含量等方面产生的影响.利用空间诱变育种技术,已经在丹参、灵芝、薏苡等药用植物上培育出多个新品种,这些新品种在产量、品质上具有较大的优势.随着航天技术的发展,利用空间特殊环境对药用植物有效成分合成和积累的促进作用,进行有效成分的生产,必将成为中药资源空间诱变育种未来发展的一个重要方向.

[目的]从2016年天宫二号空间实验室经历33 d后返回的1头成活"秋丰×白玉"杂交后代雌蚕Bombyx mori与地面"白玉"雄蚕交配的后代个体中,发现有结小茧突变体,进而分离并建立了飞天蚕(space silkworm)正常茧品系TG和小茧突变体品系sc.本研究通过对sc进行遗传分析和基因定位,旨在揭示产生小茧突变体的基因.[方法]对TG和sc进行表型分析;以SC,TG和正常大茧品系0223V1为试验材料,组配(sc♀×0223V1♂)F1及回交群体BC1F——(sc♀×0223V1 ♂)F1♀×sc ♂和BC1M——sc♀×(sc♀ ×0223V1 ♂)F1 ♂.以sc,0223V1和F1基因组DNA为模板,每个连锁群随机选10个SSR引物进行PCR扩增,筛选多态性SSR标记.利用雌性家蚕减数分裂染色体不交换的特点,用BC1F确定sc基因所属连锁群;再根据家蚕SSR分子标记连锁图谱,用BC1M进行基因定位.[结果]表型分析表明sc幼虫体型小于TG幼虫的,蚕茧重约为TG的1/2.遗传分析表明突变受一对隐性基因SC控制;基因定位结果表明该基因位于家蚕基因组第3连锁群S2930-363和S2930-289 SSR标记之间,物理距离为684 kb,包含33个候选基因.[结论]飞天蚕小茧突变受位于家蚕基因组第3连锁群的一对隐性基因sc控制.

多杀菌素是一种由刺糖多孢菌产生且具有优秀抗虫活性的生物农药.目前多杀菌素产量普遍较低,而提高其产量的关键之一是选育高产菌株.尽管刺糖多孢菌全基因组序列已完成解析,但由于多杀菌素生物合成途径的复杂性及对其调控机制认识的匮乏性,构建高产基因工程菌株依然存在很大困难.利用诱变技术选育多杀菌素高产菌株,是一种有效便捷的方法.除了传统的物理化学诱变外,新型诱变育种技术如核糖体工程、等离子体技术、基因组重排、航天诱变育种等在高产菌株选育中都发挥了重要作用.本文综述了近年来相关研究,阐述了高通量筛选技术,并对其未来的研究方向进行展望.