小麦反向遗传学资源库---EMS突变体

今天跟大家分享一篇关于小麦反向遗传学资源库的文章：Krasileva, Ksenia V., et al. "Uncovering hidden variation inpolyploid wheat."（Proceedings of the National Academy of Sciences (2017):201619268）。作者通过对包含2735个EMS突变单株的群体进行外显子捕捉测序，鉴定出了超过一千万个基因水平上的突变位点。这些突变信息可以通过在线网站进行检索，并能申请相对应的突变体种子。这些突变材料目前正在用作改善小麦的营养品质、提高小麦籽粒大小或者用来寻找开花基因新的等位变异以提高小麦对环境变化的适应性等方面的研究。

反向遗传学资源库在二倍体模式生物的功能基因组研究中发挥着重要作用，但相关资源在多倍体材料中相对匮乏。普通小麦属于异源六倍体、进化时间很短，三套亚基因组之间具有很高的相似性，存在功能冗余。很多有利的隐性突变性状不容易表现出来，从而不能够被自然或人工选择。这篇文章主要通过对两个小麦的EMS突变体库，包括1535份四倍体（Kronos）和1200份六倍体小麦材料（Cadenza），进行外显子捕捉测序并分析后，在基因水平上鉴定出了超过一千万的突变位点（平均每个单株存在2705或5351个位点），突变频率大约在35-40个SNP/Kb。对于单个基因来说，大约有23-24个突变位点造成了错义或提前终止。在鉴定突变位点的基础上，作者又对突变位点进行了注释，相关的突变信息可以通过www.dubcovskylab.ucdavis.edu/wheat-tilling网站进行查询。利用该突变体数据库，我们可以快速鉴定目标基因的突变体材料。山东农业大学付道林组有四倍体Kronos的突变体库，国内感兴趣的研究人员可以向他们申请。

文章花了大量的篇幅来介绍突变位点的鉴定工作，大体的流程可概括如下（下图）：用EMS处理野生型（M0）种子，处理之后的种子称为M1代，M1代经过自交之后产生M2代种子，提取M2代植株的DNA和NimbleGen合作进行外显子捕捉测序。测序之后的SNP分析方法主要借鉴了早期在Plant Cell上发表的一篇文章（https://doi.org/10.1105/tpc.113.121590），并针对测序覆盖度、野生材料中的杂合位点、高相似性区域等方面进行了优化，具体操作步骤可参见文章及附件部分。

该突变体库包含四倍体小麦Kronos和六倍体小麦Cadenza，这两个材料均为春性小麦，生长周期相对较短（10-16周），可以快速地进行加代或繁殖。含有目标基因突变的四倍体小麦通过一次杂交并自交后获得F2植株，在F2代中通过分子标记可以筛选并获得目标基因在A、B基因组均发生突变的后代；而六倍体小麦，要想获得目标基因在A、B、D基因组中全部突变的材料，则需要进一步杂交和自交。同时，由于单个突变单株在整个基因组水平上均含有大量的突变位点，我们还必须将突变体与野生型材料进行杂交并连续回交，用来纯化遗传背景以消除其它突变位点对目标性状造成的影响。总的来说，该突变群体将为小麦功能基因组学提供一个宝贵的遗传资源，同时也为解析在人工或自然选择中被忽略掉的隐性突变提供帮助。

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