空间环境对生物遗传物质的影响

009年第44卷第9期生物学通报空间环境对生物遗传物质的影响张艳芬1范雪晖1刘莹2杨保胜(1新乡医学院细胞生物及遗传学教研室河南新乡4530032河南师范大学生命科学学院河南新乡453003摘要空间环境具有高真空、微重力、强辐射等特点,有多种诱变因隶存在。经过空间诱变作用后,可使生物产生染色体畸变、基因变异以及基因的表达发生变化等。关键词空间环境空间诱变遺传物质中国图书分类号:Q6917文献标识码:A随着“嫦娥一号”的顺利升空,掀起了人们对诱变作用。空间诱变中高能重粒子(HZE起重要作外太空探索的新高潮。相对于地球大气物理环境用,能更有效地导致细胞内遗传物质DNA分子双而言,空间环境迥异,其独特的空间环境及对人类链断裂,而且其中非重接性断裂所占的比例较高和各种生物的影响,一直是科学界关注的问题。在从而有更强的诱发突变能力。且空间环境中的电太空复杂环境下,对不同生物遗传物质的影响也离辐射(如X射线、γ射线等)除射线的直接作用各不相同。本文总结了空间环境对生物遗传物质外,还可通过水的电离所形成的自由基起作用(间的影响,旨在为航天诱变育种和诱变机理研究提接作用),这些作用可使核酸和蛋白质起反应,造供有益的借鉴。成这些大分子的损伤,而DNA分子结构中碱基的1空间环境的特点变化则造成基因突变。且细胞DNA的损伤程度与空间环境的基本特点是高真空、微重力、强辐暴露于太空辐射中的时间密切相关,时间越长损射、没有昼夜节律变化、含有宇宙辐射,特别是地伤越严重球上难以获得的高能重粒子辐射以及超真空、超从目前国内外的研究结果来看,微重力影响除洁净和极稀薄的空气。有多种诱变育种的因素,是了产生生理行为差异外,是否还会产生可遗传的差地球上无法比拟的。这些诱变因素会对生物的生异还有很大争论。微重力是一种生命可适应的环境存、生长和发育以及遗传物质产生影响。因素,它不能阻止主要的生命活动,不会对胚胎发2空间诱变对生物遗传物质的影响育产生致命的干扰。然而,微重力会导致细胞有丝2.1空间诱变可引起生物可遗传的基因变异分裂的破坏及染色体畸形的产生。另外,有人认为,卫星飞行空间存在着各种质子、电子、离子、粒空间微重力能使生物体细胞的形态发生变化,使之子、高能重粒子、X射线、γ射线及其他宇宙射线。对辐射更敏感,因而,产生遗传变异的机率将大大这些射线和粒子能穿透宇宙飞行器外壁,作用于增加,微重力条件还可以抑制修复机制,即微重力飞行器内的生物,产生很高的生物效应和有效的与辐射可以产生协同作用,增加变异率员A况加机加况加加》》加A护机机苏护器器8护a23韩在柱陆舜华郑连斌等兴专盟3个民族7种不对称行为7皮建辉邓莉雷鸭枝等.湖南苗族侗族5项人类群体遗传特征的研究人类学学报,2001,20(2):137-141学特征的调查人类学学报,2007,26(2):179182栗淑嫒,郑连斌陆舜华等.鄂尔多斯蒙古族、汉族4项人类8燕卫东.人类五项遗传性状的调查和分析.赤峰学院学报学遗传指标的研究生物学通报2003,38(3):20-21.(自然科学版)2005,21(1)27-285 Plato CC. Fox K. M. Carruto R M. Measures of lateral functi中国煤化工貳 nine anthroposcopyonal dominance: Foot preference, eye preference, digital interop-CNMHGtar district in Madhyaking,arm food overlapping Hum Biol, 1985, 57: 327-3246郑明霞郑连斌,李咏兰等.内蒙古7个群体优势眼的调查(e-Mail:zhangqingzhong@qq.com遗传,1999,21(4):19-21生物学通报2009年第44卷第9期骆艺等口2在空间搭载水稻种子后代基因组多充分利用宝贵的空间资源发掘有益的变异为人类态性分析中,对20粒升空种子长出植株的基因组服务。另外,对空间环境作用于生物遗传物质的研多态性进行了实验,进一步证明了空间搭载水稻种究,也可推动空间诱变育种工作进展,将会提高空子确实可导致当代植株基因组发生变异同一技术间诱变育种的预见性和育种效率,空间育种技术分析个别种子连续世代的基因组多态性,结果显必定能为农业等相关产业提供强有力的技术平示,当代的部分多态性可遗传至后代。在空间植物台,成为开发新基因的新途径。空间诱变育种所创育种方面,研究者已经发现植物种子进入太空后,造的新种质、新材料特別是特异材料可为常规育会发生遗传性损伤,在空间条件下发生了可遗传的种和杂交育种解决资源不足问题,通过对这些优突变,从裸子植物到被子植物都有报道邸·。异材料的利用,能使我国的育种水平发生突破性22空间诱变对离体细胞基因表达的影响空的进展,从而育出更好的蔬菜品种这对增强我国间环境可影响细胞基因转录,而且依细胞种类及种子、农产品出口的国际市场竞争力故空间技术基因的不同而不同。培养于空间环境中的小鼠细结合现代植物快繁技术用于农作物及蔬菜的研究胞有12个基因的表达上调2倍,38个基因表达上必定有其重要的社会效益、经济效益和生态效下调5,细胞骨架蛋白基因表达不正常线粒体基益。因表达不平衡6。观察徵重力对al胶原蛋白al主要参考文献pha l collagen, COLIAl)基因启动子的活力和与造潘光辉,尹贤贵,杨瑜凤等.农作物太空育种研究进展西南骨相关的基因表达的影响,发现细胞培养48h园艺,2005,33(4):34-36.后,I型胶原蛋白增加,表明在微重力环境下成骨2骆艺,王相杰梅曼形等,空间搭载水稻种予后代基因组多细胞能通过提高COL1A1启动子的活性增加I态性及其与空间重离子辆射关系的操讨生物物理学报,2006,型胶原蛋白的表达。在微重力环境下对小鼠的22(2):131-138颅盖骨细胞进行培养,碱性磷酸酶和骨钙素基因3王高鸿,陈兰洲,胡春香等.空间飞行和辐射对微藥光合系表达都有所降低。统影响的观察航天医学与医学工程,2005,18(2):437-424任卫波,韩建国,张蕴薇几种牧草种子空间诱变效应研究随着基因组研究的深入和发展,中国科学院草业科学,2006,23(3):72-76遗传研究所的专家发现了新的诱变机制,即转座5 Taylor W E, Bhasin S., Lalani r.eal. Alteration of gene四子假说。该假说认为,太空环境将潜伏的转座ression profiles in skeletal muscle of rats exposed to microgra子激活,活化的转座子通过移位、插入或丢失,导vity during a spaceflight. J Gravit Physiol, 2002, 9(2): 61-70.致基因变异或对基因表达产生影响。这一新的发6 Nikawa T, Ishidoh K, Hirasaka Ket al. Skeletal muscle geneexpression in space-flown rats. FASEB J, 2004. 18(3): 522-524现为航天诱变育种机理研究增加了新的内容7 Dai Z, Li Y, Ding B et al. Effecta of clinorotation On23空间诱变可引起染色体的畸变在空间辐COLIAl-EGFP gene expression. Sci China C Life Sci, 2004射环境中,淋巴细胞染色体失常明显增多,简单易47(3):203-210位增加,出现双着丝粒染色体和着丝粒环。而且细8zaya0nM. Gathings W.E, Medonald. I M. Modeled microg胞暴露于空间辐射中的时间越长,DNA损伤越严ravity inhibits osteogenic differenti-ation of human mesenchy重凹,染色体畸变越明显。同样,太空条件处理的mal stem cells and increases adipogenesis. Endocrinology,2004145(5):242l-2432水稻染色体桥和微核、染色体断片及落后染色体9沈桂芳,倪冲,孙丙耀.中国航天育种.世界农业,2002,273的比例也明显高于地面对照m2。这可能是由于细(1):37-40胞较长时间处于诱变环境之中,染色体片段不能0徐来祥,朱圣庚小鼠4.5NA逆转座子对La基因表达及时进行自身修复而导致的。的影响动物学报,2000,46(3):39-3453展望11 Durante M, Snigiryovs G, Akaeva E et al. Chromosome aber-实践已证明太空不同于地面的环境,可改变基因表达、诱发基因变异等,随着航天技术的发展H中国煤化工single or multiple spaceCNMHG件处理不同水稻亲本材及科学工作者对空间诱变遗传规律的掌握,以及料诱变效果研究江苏农业科学,2006,(4):15-17诱变因素和诱变机理的进一步明晰,人们可以更E-mail:yfzhang6666@yahoo.com.cn)