近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所小麥大麥優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中德多家科研單位，合作構(gòu)建了中國(guó)大麥地方品種“哈鐵系”的化學(xué)誘變突變體庫(kù)，并建立了基于擴(kuò)增子測(cè)序的經(jīng)濟(jì)高效鑒定基因組局部誘導(dǎo)突變技術(shù)（TILLING突變體篩選技術(shù)）。相關(guān)研究成果3月12日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《植物通訊Plant Communications》。
據(jù)楊平研究員介紹，理化誘變是創(chuàng)制遺傳變異的經(jīng)典方法，與基因編輯技術(shù)可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在種質(zhì)創(chuàng)新、遺傳育種和新基因發(fā)掘等方面發(fā)揮了重要作用。甲基磺酸乙酯（EMS）化學(xué)誘變可產(chǎn)生鳥(niǎo)嘌呤到腺嘌呤或胞嘧啶到胸腺嘧啶的堿基轉(zhuǎn)換，多數(shù)引起編碼蛋白質(zhì)的氨基酸替換，少數(shù)可造成蛋白翻譯提前終止或編碼框位移。據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，理化誘變選育的植物新品種超過(guò)3300個(gè)，涉及214個(gè)物種。
“哈鐵系”是兼有歐亞混合血緣的我國(guó)東北地區(qū)大麥地方品種，其成熟后期全株變黑。該團(tuán)隊(duì)采用不同EMS濃度處理構(gòu)建了一個(gè)誘變?nèi)后w，包含8,525份誘變二代單株及其產(chǎn)生的誘變?nèi)N子，并測(cè)序構(gòu)建了“哈鐵系”染色體水平的高質(zhì)量參考基因組。隨后，利用分子生物學(xué)和基因組學(xué)技術(shù)，建立了一套經(jīng)濟(jì)高效的突變體篩選系統(tǒng)，可從64倍或144倍DNA樣品混池中鑒定出目標(biāo)基因的突變位點(diǎn)，準(zhǔn)確率高達(dá)90.48%。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，該誘變?nèi)后w的突變頻率為1.5-4.1個(gè)突變位點(diǎn)/兆堿基，高于國(guó)外已報(bào)道的多個(gè)啤酒大麥誘變?nèi)后w。針對(duì)單個(gè)目標(biāo)基因或突變體，研究者開(kāi)展了基因功能驗(yàn)證與突變基因快速克隆研究，證實(shí)了該套資源在大麥正向與反向遺傳學(xué)研究中的利用價(jià)值。值得一提的是，利用此TILLING技術(shù)和5184個(gè)誘變二代單株，作科所已對(duì)十余家科研院所提供的數(shù)十個(gè)目標(biāo)基因開(kāi)展了突變體篩選服務(wù)，可獲得21個(gè)突變體/1500堿基目標(biāo)片段。該研究平臺(tái)的建立將為我國(guó)大麥種質(zhì)創(chuàng)新、新基因發(fā)掘和功能研究提供有力支撐。
該研究由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、德國(guó)萊布尼茨植物遺傳與作物育種研究所（IPK）、中國(guó)科學(xué)院植物研究所和德國(guó)亥姆霍茲慕尼黑中心等多家單位協(xié)作完成。作科所楊平研究員和IPK研究所Martin Mascher研究員為共同通訊作者，蔣樅璁副研究員、已畢業(yè)碩士生雷淼淼、博士生高廣奇和IPK研究所郭鈺博士為共同第一作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100317
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