北京
诱变是获取功能基因组学和作物改良遗传资源的有效策略。人们普遍认为，化学诱发的突变在基因组中随机分布。然而，由于缺乏系统性研究，此类突变的随机性仍是一个科学争论的问题。虽然不同诱变剂诱发的突变的基本特征已为人所知，但这些突变是否与染色质状态和基因表达相关仍未得到解决。
2025 年 8 月 13 日，中国科学院植物研究所刘春明，中国农业科学院作物科学研究所路则府、李慧慧，中国科学院植物研究所姚学峰共同通讯在Advanced Science 在线发表题为：Non-Random Distribution of EMS-Induced Mutations Reveals Preference for Open Chromatin and Expressed Genes in Rice 的研究论文，该研究对野生型和4,619个经两种浓度的甲基磺酸乙酯（EMS）处理的M3代水稻株系进行了基因组测序，鉴定出超过700万个单核苷酸突变（SNPms），覆盖了水稻基因组中超过97%的基因。
结合基因组学、表观基因组学和表达数据进行综合分析，发现SNP更常位于开放的染色质区域和活跃表达的基因中。在表达基因中，杂合SNPms在转录起始位点（TSSs）的上游和下游均富集，而纯合SNPms在上游区域显著富集。 这些结果表明，EMS诱导的突变在水稻基因组中呈非随机分布，且更倾向于功能重要的基因组区域。
诱变是产生遗传变异的有力工具，有助于功能基因组学和作物改良。 在化学诱变剂中，EMS 被广泛使用，主要通过在 DNA 复制和修复过程中烷基化鸟嘌呤残基来诱导 G/C 到 A/T 的转变。传统上，EMS 诱导的突变以及化学诱变被认为是随机发生在基因组中的。然而，靶向诱导的基因组局部损伤 (TILLING) 和小规模测序研究的结果表明，在特定氨基酸位点或基因组区域存在突变偏向性，这使得化学诱导突变的随机性仍是一个悬而未决的问题。
最近关于自发突变的研究表明，染色质的可及性和表观基因组特征可能影响突变率。虽然这些发现提供了有趣的见解，但自发突变的低频率给全面分析带来了挑战。相比之下，EMS 诱导的诱变在整个基因组中引入了高密度的突变，使得系统地、高分辨率地研究突变分布模式成为可能。鉴于染色质可及性决定转录调控并定义功能基因组区域，诸如EMS之类的化学诱变剂是否表现出类似的偏好性仍不清楚。
为了解决这个问题，该研究构建了一个大规模诱变水稻群体（Rice4619），该群体由4619个源自粳稻品种中华11的M2代株系组成。对其M3代种子进行全基因组测序，鉴定出约740万个SNP，几乎涵盖了整个基因空间。通过整合表观基因组和转录组数据集，研究发现EMS诱导的突变显著富集于可及染色质和活跃表达的基因中，并且在转录起始位点（TSSs）附近具有明显的位置偏好。 这些发现表明EMS诱导的突变并非随机分布，而是优先发生在功能基因组区域，这挑战了传统的假设，并为更高效的基于诱变的育种策略提供了框架。
图1 Rice4619的SNP ms特征（图源自Advanced Science）
参考消息：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202510034
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