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用于研究生物燃料原料的全基因组测序水稻突变体资源

水稻是世界一半以上人口的主食,也是研究高粱,柳枝稷和芒草等候选生物能源草的典范。为了优化作物的生物燃料生产,科学家们正在寻找能够控制关键性状的基因,如产量,抗病能力和水分利用效率。

用于研究生物燃料原料的全基因组测序水稻突变体资源

种群的突变植物,具有改变的一个或多个基因的每一个,是为阐明基因功能的重要工具。通过单核苷酸水平的全基因组测序,研究人员可以通过观察特定性状的获得或丧失来推断基因的功能。但现有水稻突变体集合的效用受到若干因素的限制,包括品种相对较长的6个月生命周期和大多数突变体系缺乏序列信息。

在植物细胞发表的一篇论文中,由Pamela Ronald领导的团队,加州大学戴维斯分校基因组中心教授和植物病理学系教授,以及能源部(DOE)联合生物能源研究所(JBEI)草地遗传学主任来自加州大学戴维斯分校和美国能源部联合基因组研究所(JGI)的合作者报告了第一个全基因组测序的快中子诱导的Kitaake突变种群,这是一种生命周期短的模式水稻品种。

Kitaake(Oryza sativa L. ssp.japonica)在短短9周内完成其生命周期,对光周期变化不敏感。这一新颖的收集将加速水稻和其他单子叶植物的功能性遗传研究,这是一种包括草的开花植物物种。

“人们现在使用的一些最受欢迎的水稻品种每年只有两代.Kitaake最多有四代,这真正加速了功能基因组学工作,”劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的项目科学家Guotian Li说。和JBEI的Grass Genetics副主任。

在先前发表的一项试验性研究中,Li,Mawsheng Chern和Rashmi Jain,“植物细胞”论文的共同第一作者证明,快中子辐射在Kitaake中产生了丰富多样的突变,包括单碱基取代,缺失,插入,倒位,易位和重复。Li指出,其他用于产生水稻突变体群的技术,如插入基因和染色体片段以及使用CRISPR-Cas9等基因编辑工具,通常会产生单一类型的突变。

“快中子照射引起不同类型的突变并给出不同的基因等位基因,因此我们真的可以获得其他收集无法实现的东西,”他说。

该突变体群体的全基因组测序 - 总共1,504行,覆盖率为45倍 - 使研究人员能够以单核苷酸分辨率确定每个突变。他们确定了影响32,307个基因的91,513个突变,占大约389个兆碱基水稻基因组中所有基因的58%。其中很大一部分是功能丧失突变。

使用这个突变体集合,Grass Genetics小组确定了一个反转影响单个基因作为短粒子表型的致病突变,在一个突变系中,人口只有50株植物。相比之下,研究人员需要超过16,000株植物使用传统方法鉴定相同的基因。

“这种比较清楚地证明了测序突变体群体用于快速遗传分析的能力,”罗纳德说。

这种高密度,高分辨率的突变目录为研究人员提供了发现控制多种生物途径的新基因和功能元件的机会。为了便于开放访问该资源,Grass Genetics小组建立了一个名为KitBase的门户网站,允许用户查找与突变体采集相关的信息,包括每个水稻品系的序列,突变和表型数据。

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