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水稻生产是粮食安全的重要模块，因此育种工作成为水稻产业发展的重要项目，对水稻资源的创制和遗传改良是育种工作的热点。育种工作者和研究者基于周光宇先生开创的远缘DNA片段杂交假说理论基础，利用花粉管介导衍生的外源DNA导入技术进行水稻育种，该技术手段成为水稻材料创制、种质创新、新品种培育的一个新途径，但迄今为止，花粉管介导技术尚未形成完整的理论体系支撑。
本研究采用改良的“花粉管介导”技术，对水稻品种日本晴(Oryza sativa L. Nipponbare)基因组随机导入裸露的玉米基因组DNA混合片段，获得一批水稻突变材料。前期通过对其中一个突变株(命名：RMIMI91，以下简称R91)二代测序，获得大量SNP和InDel突变信息，表明外源DNA的导入对水稻基因组具有诱变功能，且诱变效果显著。但目前很少有报道，关于外源DNA诱导的水稻突变体经多代遗传，突变信息在高代株系的变化规律研究。本文挑选T4代12个变异株和T5代24个分离株作为实验研究对象。对其表型和27个关键突变位点(其中7处SNP突变，20处InDel)进行分析。旨在为外源DNA诱导的水稻突变体的遗传机理提供理论基础，为发现新的候选基因提供理论数据。
经过T4、T5上下代及T5株系的分离株间遗传性状和27个突变位点分析结果表明：1、T5代24种分离株检测到26个突变位点，有1处突变位点被修复的有9种，分别为T4-2-1、T4-3-2、T4-5-2、T4-6-1、T4-7-1、T4-11-2、T4-12-2、T4-10-1和T4-10-2；其中T4-2-1基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-6-1和T4-11-2基因OS08G0193300的突变位点被修复，T4-3-2、T4-5-2、T4-7-1、T4-12-2、T4-10-1和T4-10-2基因OS03G0203200的突变位点被修复。2、检测到25个突变位点的有9种，T4-1-1、T4-1-2基因OS03G0203200和基因OS07G0261200的突变位点被修复，T4-2-2基因OS12G0621100和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-4-2基因OS08G0193300和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-5-1基因OS03G0203200和基因OS01G0686200的突变位点被修复，T4-7-2基因OS05G0353100和基因OS03G0203200的突变位点被修复，T4-9-2基因OS08G0193300和基因OS12G0621100的突变位点被修复、T4-11-1基因OS08G0193300和基因OS09G0567000的突变位点被修复，T4-12-1基因OS03G0203200和基因OS09G0567000的突变位点被修复。3、检测到24个突变位点的有5种，T4-3-1基因OS08G0193300、基因OS03G0203200和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-6-2基因OS05G0353100、基因OS03G0203200和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-8-1基因OS08G0193300、基因OS09G0567000和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-8-2基因OS08G0193300、基因OS07G0261200和基因OS09G0567000的突变位点被修复，T4-9-1基因OS08G0193300、基因OS12G0621100和基因OS03G0203200的突变位点被修复。4、仅有T4-4-1基因OS08G0193300、基因OS10G0198366、基因OS12G0621100和基因OS11G0523500的突变位点被修复。5、遗传至T5代的基因突变位点有18个，包含1个SNP突变、8个Insert突变和9个Delete突变。6、通过对基因OS03G0203200的突变位点被修复的分离株T4-3-2、T4-5-2、T4-7-1、T4-10-1、T4-10-2和T4-12-2的性状差异分析，初步验证了该基因调控水稻分蘖数和穗长，调节细胞生长和器官发育的功能。7、通过对基因OS03G0203200的和基因OS12G0621100的突变位点被修复的分离株T4-1-1和T4-1-2的性状差异分析，初步验证验证了基因OS12G0621100基因调控高位分蘖的功能，初步验证了基因OS03G0203200参与穗长和分蘖的调控的功能。8、通过对仅有基因OS08G0193300的突变位点被修复的分离株T4-6-1和T4-11-2，及仅有基因OS08G0193300的突变位点差异的分离株T4-4-2与T4-2-1的性状差异分析，初步推测该基因可能抑制气生根的生成，以及正调控剑叶长和穗实粒数，负调控穗长、总分蘖数和千粒重。9、通过对仅有基因OS11G0523500的突变位点被修复的分离株T4-2-1，及仅有基因OS11G0523500的突变位点差异的分离株T4-6-2与T4-7-2的性状差异分析，初步推测该基因可能参与抑制气生根的形成，负调控总穗粒数和穗实粒数。10、通过对仅有基因OS01G0686200的突变位点差异的分离株T4-5-1与T4-5-2的性状差异分析，初步推测该基因可能参与调控穗长和剑叶长。11、通过对仅有基因OS05G0353100的突变位点存在差异的分离株T4-7-1与T4-7-2的性状差异分析，初步推测该基因可能参与调控总分蘖数和总穗粒数。12、通过对仅有基因OS05G0353100的突变位点差异的分离株T4-11-1与T4-11-2、T4-12-1与T4-12-2的性状差异分析，初步推测该基因可能参与正调控穗实粒数。
以上结果表明，通过外源DNA导入水稻基因组技术，是一种生物诱变技术，可以一起水稻的基因组产生SNP突变和InDel突变，并可以部分遗传和修复。且随着变异株自交世代的提高，变异株的突变信息量减少，在一定程度上提高对有些突变基因的功能认识。研究变异株系世代间合同世代姊妹分离株间的遗传变异机理，对外源DNA导入生物诱变育种和发掘新的基因具有重要的理论和应用价值。
本研究采用改良的“花粉管介导”技术，对水稻品种日本晴(Oryza sativa L. Nipponbare)基因组随机导入裸露的玉米基因组DNA混合片段，获得一批水稻突变材料。前期通过对其中一个突变株(命名：RMIMI91，以下简称R91)二代测序，获得大量SNP和InDel突变信息，表明外源DNA的导入对水稻基因组具有诱变功能，且诱变效果显著。但目前很少有报道，关于外源DNA诱导的水稻突变体经多代遗传，突变信息在高代株系的变化规律研究。本文挑选T4代12个变异株和T5代24个分离株作为实验研究对象。对其表型和27个关键突变位点(其中7处SNP突变，20处InDel)进行分析。旨在为外源DNA诱导的水稻突变体的遗传机理提供理论基础，为发现新的候选基因提供理论数据。
经过T4、T5上下代及T5株系的分离株间遗传性状和27个突变位点分析结果表明：1、T5代24种分离株检测到26个突变位点，有1处突变位点被修复的有9种，分别为T4-2-1、T4-3-2、T4-5-2、T4-6-1、T4-7-1、T4-11-2、T4-12-2、T4-10-1和T4-10-2；其中T4-2-1基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-6-1和T4-11-2基因OS08G0193300的突变位点被修复，T4-3-2、T4-5-2、T4-7-1、T4-12-2、T4-10-1和T4-10-2基因OS03G0203200的突变位点被修复。2、检测到25个突变位点的有9种，T4-1-1、T4-1-2基因OS03G0203200和基因OS07G0261200的突变位点被修复，T4-2-2基因OS12G0621100和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-4-2基因OS08G0193300和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-5-1基因OS03G0203200和基因OS01G0686200的突变位点被修复，T4-7-2基因OS05G0353100和基因OS03G0203200的突变位点被修复，T4-9-2基因OS08G0193300和基因OS12G0621100的突变位点被修复、T4-11-1基因OS08G0193300和基因OS09G0567000的突变位点被修复，T4-12-1基因OS03G0203200和基因OS09G0567000的突变位点被修复。3、检测到24个突变位点的有5种，T4-3-1基因OS08G0193300、基因OS03G0203200和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-6-2基因OS05G0353100、基因OS03G0203200和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-8-1基因OS08G0193300、基因OS09G0567000和基因OS11G0523500的突变位点被修复，T4-8-2基因OS08G0193300、基因OS07G0261200和基因OS09G0567000的突变位点被修复，T4-9-1基因OS08G0193300、基因OS12G0621100和基因OS03G0203200的突变位点被修复。4、仅有T4-4-1基因OS08G0193300、基因OS10G0198366、基因OS12G0621100和基因OS11G0523500的突变位点被修复。5、遗传至T5代的基因突变位点有18个，包含1个SNP突变、8个Insert突变和9个Delete突变。6、通过对基因OS03G0203200的突变位点被修复的分离株T4-3-2、T4-5-2、T4-7-1、T4-10-1、T4-10-2和T4-12-2的性状差异分析，初步验证了该基因调控水稻分蘖数和穗长，调节细胞生长和器官发育的功能。7、通过对基因OS03G0203200的和基因OS12G0621100的突变位点被修复的分离株T4-1-1和T4-1-2的性状差异分析，初步验证验证了基因OS12G0621100基因调控高位分蘖的功能，初步验证了基因OS03G0203200参与穗长和分蘖的调控的功能。8、通过对仅有基因OS08G0193300的突变位点被修复的分离株T4-6-1和T4-11-2，及仅有基因OS08G0193300的突变位点差异的分离株T4-4-2与T4-2-1的性状差异分析，初步推测该基因可能抑制气生根的生成，以及正调控剑叶长和穗实粒数，负调控穗长、总分蘖数和千粒重。9、通过对仅有基因OS11G0523500的突变位点被修复的分离株T4-2-1，及仅有基因OS11G0523500的突变位点差异的分离株T4-6-2与T4-7-2的性状差异分析，初步推测该基因可能参与抑制气生根的形成，负调控总穗粒数和穗实粒数。10、通过对仅有基因OS01G0686200的突变位点差异的分离株T4-5-1与T4-5-2的性状差异分析，初步推测该基因可能参与调控穗长和剑叶长。11、通过对仅有基因OS05G0353100的突变位点存在差异的分离株T4-7-1与T4-7-2的性状差异分析，初步推测该基因可能参与调控总分蘖数和总穗粒数。12、通过对仅有基因OS05G0353100的突变位点差异的分离株T4-11-1与T4-11-2、T4-12-1与T4-12-2的性状差异分析，初步推测该基因可能参与正调控穗实粒数。
以上结果表明，通过外源DNA导入水稻基因组技术，是一种生物诱变技术，可以一起水稻的基因组产生SNP突变和InDel突变，并可以部分遗传和修复。且随着变异株自交世代的提高，变异株的突变信息量减少，在一定程度上提高对有些突变基因的功能认识。研究变异株系世代间合同世代姊妹分离株间的遗传变异机理，对外源DNA导入生物诱变育种和发掘新的基因具有重要的理论和应用价值。