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        用于研究生物燃料原料的全基因組測序水稻突變體資源

        水稻是世界一半以上人口的主食,也是研究高粱,柳枝稷和芒草等候選生物能源草的典范。為了優(yōu)化作物的生物燃料生產(chǎn),科學(xué)家們正在尋找能夠控制關(guān)鍵性狀的基因,如產(chǎn)量,抗病能力和水分利用效率。種群的突變植物,具有改變的一個(gè)或多個(gè)基因的每一個(gè),是為闡明基因功能的重要工具。通過單核苷酸水平的全基因組測序,研究人員可以通過觀察特定性狀的獲得或喪失來推斷基因的功能。但現(xiàn)有水稻突變體集合的效用受到若干因素的限制,包括品種相對較長的6個(gè)月生命周期和大多數(shù)突變體系缺乏序列信息。

        用于研究生物燃料原料的全基因組測序水稻突變體資源

        在植物細(xì)胞發(fā)表的一篇論文中,由Pamela Ronald領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì),加州大學(xué)戴維斯分?;蚪M中心教授和植物病理學(xué)系教授以及能源部(DOE)聯(lián)合生物能源研究所(JBEI)的草遺傳學(xué)主任來自加州大學(xué)戴維斯分校和美國能源部聯(lián)合基因組研究所(JGI)的合作者報(bào)告了第一個(gè)全基因組測序,快中子誘導(dǎo)的Kitaake突變種群,這是一種生命周期短的模式水稻品種。

        Kitaake(Oryza sativa L. ssp.japonica)在短短9周內(nèi)完成其生命周期,對光周期變化不敏感。這個(gè)新的集合將加速水稻和其他單子葉植物的功能基因研究,這是一種包括草的開花植物物種。

        “人們現(xiàn)在使用的一些最受歡迎的水稻品種每年只有兩代.Kitaake最多有四代,這真正加速了功能基因組學(xué)工作,”勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)的項(xiàng)目科學(xué)家Guotian Li說。和JBEI的Grass Genetics副主任。

        在先前發(fā)表的一項(xiàng)試驗(yàn)性研究中,Li,Mawsheng Chern和Rashmi Jain,“植物細(xì)胞”論文的共同第一作者證明,快中子輻射在Kitaake中產(chǎn)生了豐富多樣的突變,包括單堿基取代,缺失,插入,倒位,易位和重復(fù)。Li指出,其他用于產(chǎn)生水稻突變體種群的技術(shù),如基因和染色體片段的插入以及CRISPR-Cas9等基因編輯工具的使用,通常會(huì)產(chǎn)生單一類型的突變。

        他說:“快中子照射引起不同類型的突變,并提供不同的基因等位基因,因此我們真的可以獲得其他收集無法實(shí)現(xiàn)的東西。”

        該突變體群體的全基因組測序 - 總共1,504行,覆蓋率為45倍 - 使研究人員能夠以單核苷酸分辨率確定每個(gè)突變。他們確定了影響32,307個(gè)基因的91,513個(gè)突變,占大約389個(gè)兆堿基水稻基因組中所有基因的58%。其中很大一部分是功能喪失突變。

        使用這個(gè)突變體集合,Grass Genetics小組確定了一個(gè)反轉(zhuǎn)影響單個(gè)基因作為短粒子表型的致病突變,在一個(gè)突變系中,人口只有50株植物。相比之下,研究人員需要超過16,000株植物使用傳統(tǒng)方法鑒定相同的基因。

        “這種比較清楚地證明了測序突變體群體對快速遺傳分析的能力,”羅納德說。

        這種高密度,高分辨率的突變目錄為研究人員提供了發(fā)現(xiàn)控制多種生物途徑的新基因和功能元件的機(jī)會(huì)。為了便于開放訪問該資源,Grass Genetics小組建立了一個(gè)名為KitBase的門戶網(wǎng)站,允許用戶查找與突變體采集相關(guān)的信息,包括每個(gè)水稻品系的序列,突變和表型數(shù)據(jù)。

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