新工具將推動對小麥基因的更多了解
霍華德休斯醫(yī)學研究所的科學家已經開發(fā)出了一種急需的遺傳資源，將大大加速小麥基因功能的研究。該資源是小麥種子的集合，具有超過1000萬個測序和仔細編目的基因突變，可供小麥育種者和研究人員免費獲得，并且已經在幫助開發(fā)具有改良性狀的小麥植物。
加州大學戴維斯分校的霍華德休斯醫(yī)學研究所 - 戈登和貝蒂摩爾基金會調查員Jorge Dubcovsky和他的合作者，英國John Innes研究所的作物遺傳學家Cristobal Uauy領導了新的遺傳工具的開發(fā)2017年1月16日那一周報道了美國國家科學院院刊。“我認為這對我們的社區(qū)來說真的是一個改變游戲規(guī)則的行為，”Dubcovsky說。
小麥是一種重要的作物，提供全世界人類消耗的20%的卡路里。為了維持糧食安全，小麥育種者正致力于開發(fā)能提供更多營養(yǎng)價值，產量更高，并能在氣候變化中茁壯成長的植物。然而，一個關鍵的遺傳特征使植物難以研究和操作。像許多植物一樣，小麥是多倍體，意味著它在每個細胞中都有多個基因組拷貝：面食小麥每個基因有兩個拷貝，面包小麥有三個。
為了研究單個基因的功能，研究人員通常會改變或消除該基因，以找出發(fā)生的情況 - 一種被稱為反向遺傳學的方法。但是在諸如小麥的多倍體生物體中，單個基因的突變通常沒有明顯的效果，因為突變基因的額外拷貝補償了損失。研究人員必須多次跨越具有不同基因拷貝突變的植物，以獲得基因功能喪失的一代植物。基因拷貝還隱藏了小麥基因組中的自然變異，這可能為選擇性繁殖具有有用性狀的植物創(chuàng)造機會。
小麥研究人員知道，全面收集具有明確基因突變的小麥品系會改變它們的工作方式。“我們沒有任何針對小麥的反向遺傳資源，我們絕對有必要研究基因功能，”Dubcovsky說。但由于小麥基因組的復雜性，開發(fā)該資源是一項艱巨的任務。
Dubcovsky和他的同事化學誘導了數千種小麥種子的隨機基因突變，并開始開發(fā)和表征他們在五年多前收集的小麥突變體系。為了能夠分析所有細胞系的DNA，研究人員開發(fā)了一種方法，讓他們專注于編碼蛋白質的基因組的一小部分。該研究小組專注于每株植物基因組的這一小部分，使用先進的測序技術測序了4,000億個DNA基因，以分析從突變種子中生長的植物 - 總共2,735個突變體系。來自每個植物系的種子增加并保存用于分配。
由于小麥的多倍體使其能夠耐受許多突變而不損害生長，研究人員能夠開發(fā)出具有高密度基因突變的株系 - 每株植物中都檢測到數千株。超過90%的植物基因被該系列中的1000萬個突變所破壞，使其成為研究幾乎任何小麥基因功能的有力資源。
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