水稻是世界上重要的粮食作物之一,又是禾谷类作物功能基因组学研究的模式植物。结实率与产量性状密切相关,在水稻遗传育种和生产中一直备受重视。本研究从T-DNA(MIM164c、OE164c、MIM168a、OE168a)插入常规水稻kasalath获得的转基因株系中,筛选到一个结实率与野生型相比明显偏低的MIM168a转基因株系(3)19-9-4(以下简称(3)19-9-4)。在此基础上,本文以野生型为对照,对该株系进行了花粉育性和活力检测;通过全基因组重测序(WGR)比对,分析了该株系与野生型在基因组学上的差异,试图为进一步探讨水稻结实性状的分子机制提供理论依据。主要结果如下:1.对已创建的外源T-DNA(MIM164c、OE164c、MIM168a、OE168a)插入常规水稻kasalath获得的转基因株系的T1至T5代株系进行广泛的田间生物学性状观察和筛选,获得了多类突变表型株系,包括株高、分蘖数、叶片形状、抽穗期、粒形、有效穗数量、千粒重、种子萌发力等与野生型相比出现明显差异的类型,其中结实率明显降低的突变体(3)19-9-4最引人关注。2.(3)19-9-4与野生型相比,其生育期延长、株高变矮、茎杆纤细易倒伏、分蘖增多、谷粒变小;且(3)19-9-4的花药不饱满;花粉育性低于野生型70%,结实率比野生型低42%。3.以日本晴全基因组为参照,对(3)19-9-4及野生型进行了全基因组重测序(WGR)比对分析。(3)19-9-4及野生型的重测序总序列数分别为91,410,984和88,022,138,测序深度分别为22.7x和23.2x,质量分数分别为93.99%和92.61%;与nipponbare基因组(430mb)比对的覆盖度分别达到89.88%和89.77%,总匹配率分别达到67.35%和71.71%,匹配唯一位置分别占46.3%和49.69%,完全匹配分别占比21.06%和22.19%。对比野生型,(3)19-9-4特有的变异总数为1,618,456个,其中10号染色体上特有的变异位点频率最高,为520个变异/100kb,变异频率最少的是2号染色体为377个变异/100kb。(3)19-9-4总碱基转换(transitions,ts)数(包含t/c和a/g)为2,259,837个,比野生型多105,060个,其中t/c间转换数比野生型多53,603;(3)19-9-4碱基颠换总数(tv)为928,351,比野生型多47,532个;与野生型差量最大是t突变为a数为14,310个。(3)19-9-4中snps和indels共导致864个stopgain(基因终止子获得)和363个stoploss(基因终止子丢失)的功能变化,比野生型分别多出44个和16个;(3)19-9-4中snps导致非同义突变(nonsynonymoussnv)51,727个,比野生型多1,665个,(3)19-9-4中indels导致非移码插入(nonframeshiftinsertion)873个,非移码缺失(nonframeshiftdeletion)939个,分别比野生型多113个和97个。(3)19-9-4中snps引起的非同义突变氨基酸总数82,647个,比野生型多2,039个,其中a数目最多(7,990个),色氨酸数目最少(917个);(3)19-9-4与野生型的非同义突变氨基酸中,差异量最大的是丝氨酸(206个),其次是精氨酸(203个),差异最少的是酪氨酸(6个)。(3)19-9-4的结构变异(svs)总数为405,274个,比野生型多35,934个,除了染色体异位(int)外,其他SVs类型(长片段插入LI、短段插入SI、缺失DEL及倒位INV)均比野生型多,(3)19-9-4特有的SVs总数是99,037个,多于野生型35,934个。此外,比对野生型的全基因组序列,(3)19-9-4中有106个拷贝数变异(CNVs),其中在第4号和12号染色体上CNVs均为16个,第3号染色体上只有2个。4.依据WGR分析和PCR分析验证,初步确定(3)19-9-4中外源T-DNA(GCS-IPS1-MIM168a)在Kasalath染色体上有2个可能的插入位点,其一在3号染色体2609601bp之后;其二是5号染色体的604415bp至604502bp之间。生物信息学分析表明,第一个插入位点可能涉及2个基因,其一是LOC-Os03g5334,功能预测为潜在的编码蛋白质的基因,但具体的生物学功能还未见报道;另一个是OS03G0146800(非编码RNA基因)。这两个基因是否与种子结实率调控相关,还有待进一步研究。第二个插入位点属于基因间隔区,可能不影响基因功能。总之,(3)19-9-4与野生型的全基因组重测序(WGR)比对分析结果表明,外源T-DNA导入野生型基因组后,引起了受体基因组SNPs、InDels、SV等结构和CNVs的明显差异变化,并因此导致了基因表达和氨基酸组分的变化。这些结果为深入探讨种子结实性状的分子机制提供了重要线索。