近日，农学领域国际期刊Rice Science在线发表了哈尔滨工业大学生命科学和医学学部卢卫红教授课题组题为“Study on Generational Genetic Mechanism of Space Mutagenesis in Rice Based on Multi-Omics”的研究论文。该研究以我国实践十号返回式卫星搭载的水稻突变体B10为材料，通过基因组重测序、全基因组甲基化测序及转录组测序，揭示了航天诱变对水稻跨代遗传的深远影响。

为了评估航天诱变对水稻表型和生理状态的影响，本研究对不同代次的水稻突变体B10进行了详细的表型和生理指标检测。结果显示，航天诱变导致水稻株高和分蘖数显著改变，且这一表型可延续至M5代（图1-A和-B）。进一步检测发现，M1至M5代水稻叶片中H₂O₂和丙二醛（MDA）含量持续升高，抗氧化酶活性显著增强（图1-C至-J），表明航天诱变通过氧化应激效应影响水稻的生理状态。

图1. 空间飞行诱导水稻不同世代( M1 ~ M5 )的表型和生理变化

A, 株高; B, 分蘖数; C, H₂O₂含量; D, 丙二醛( Mda )含量; E, 电解液泄漏率; F, 可溶性糖含量; G, 超氧化物歧化酶( SOD )活性; H, 抗坏血酸过氧化物酶( APX )活性; I, 过氧化氢酶( CAT )活性; J. 过氧化物酶( POD )活性

图2. 空间飞行诱导的DNA多态性和碱基置换模式

A, 突变体的基因组突变率; B, 不同世代水稻的多态性位点; C-G, 不同世代水稻(C, M1代; D, M2代; E, M3代; F, M4代; G, M5代)碱基替换突变的分类

图3. 空间飞行诱导了水稻不同世代的甲基化模式

A, M1代; B, M5代

图4. 航天诱变水稻不同世代TE基因的甲基化模式

A, M1代的CpG甲基化环境; B, M1代CHG甲基化环境; C, M1代的CHH甲基化环境; D, M5代的CpG甲基化环境; E, M5代CHG甲基化环境; F, M5代CHH甲基化环境

图5. 空间飞行诱导水稻中不同类型TEs的甲基化变化模式

A, M1代的CpG甲基化环境; B, M1代CHG甲基化环境; C, M1代的CHH甲基化环境; D, M5代的CpG甲基化环境; E, M5代CHG甲基化环境; F, M5代CHH甲基化环境

图6. 航天胁迫记忆诱导不同世代水稻基因的差异表达

A, M1代差异表达基因的火山图; B, M5代差异表达基因的火山图; C, Up Set plot显示M1和M5代之间独特且共享的上调或下调差异表达基因; D, M1代差异表达基因的GO分析; E, M5代差异表达基因的GO分析; F, 与DNA甲基化或去甲基化相关基因的表达变化

图7. 太空飞行诱导了不同世代水稻的差异可变剪接

A, 在M1和M5代中鉴定出的5种不同类型的差异可变剪接( DAS )事件的数量. RI, 保留内含子; SE, 跳跃外显子; A3SS, 可变3′剪接位点; A5SS, 可变5′剪接位点; MXE, 互斥外显子; B, M1和M5代之间特有和共享DAS基因的维恩图; C, Venn图显示了M1 (C)和M5代(D)中DAS基因和差异表达(DE)基因的重叠; 在M1 (E)和M5 (F)中，前20个基因富集了DAS基因的Gene Ontology条目

本研究首次系统解析了水稻航天诱变跨代遗传的分子网络，揭示了氧化应激、基因组不稳定性与表观遗传的协同调控机制。成果不仅为航天农业中作物适应性改良提供理论依据，也为解析植物逆境记忆的遗传规律开辟了新方向。

哈尔滨工业大学生命科学和医学学部曾德永副研究员为第一作者，哈尔滨工业大学卢卫红教授为通讯作者。研究得到了黑龙江省“头雁”团队计划（HITTY-20190034）、中国博士后科学基金国资计划（GZC20242211）及重庆市自然科学基金（CSTB2024NSCO-MSX0462）等项目支持。

论文链接：

http://www.ricesci.org/EN/abstract/abstract10272.shtml; 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672630825000204

《Rice Science》是农业农村部主管、中国水稻研究所主办的国际性专业学术期刊，主编为胡培松院士。现为双月刊，主要发表水稻科研领域的原创性论文、简报和综述。《Rice Science》曾两次获得“中国科技期刊国际影响力提升计划”项目资助，2019年又获得“中国科技期刊卓越行动计划”项目资助。《Rice Science》连续9年被评为“中国最具国际影响力学术期刊”，彰显出期刊良好的发展态势和卓越的综合实力。《Rice Science》于2017年底被SCIE收录，影响因子逐年提升，2024年发布的JCR影响因子再创历史新高，达5.6，在全球农学领域125个SCI期刊中名列第8，在全球植物科学领域265个期刊中名列第25，均位于Q1区。