作科所创建大容量多样化小麦全外显子突变体库

作科所创建大容量多样化小麦全外显子突变体库

中国农业科学院作物科学研究所小麦育种新技术及应用创新团队综合利用多种诱变方式,历经10余年创制了覆盖株型、叶型、穗型、粒型、根系等全生育期不同性状的大容量呈梯度的小麦表型突变体库,并构建了以六倍体小麦骨干亲本京411为背景的全外显子大容量突变体库,为小麦功能基因挖掘与新品种培育提供了重要材料基础。7月4日,相关研究成果发表在《植物生物技术(Plant Biotechnology Journal)》上。

全基因组或全外显子测序突变体库为作物功能基因研究提供重要材料基础。小麦基因组庞大,组装注释的中国春小麦2.1版参考基因组共约14.4Gb,包含106913个高置信度基因和159840低置信度基因。尽管小麦外显子测序突变体库已有报道,构建高容量、涵盖更多基因变异的突变体库对于小麦功能基因组研究非常必要。

该研究以EMS、高能碳离子和伽马射线等不同诱变方式创制的2162份小麦突变体为材料,结合突变体外显子捕获测序和野生型三代测序组装校正,鉴定到18,025,209个突变位点,有效突变覆盖96.7%的高置信度基因和70.5%的低置信度基因,每一千个碱基的编码区平均检测到47.1个突变,测序表明EMS类型单碱基突变位点阳性率达94.5%。通过比较EMS、高能碳离子以及伽马射线诱导的序列变异特征,发现高能碳离子和γ射线比EMS诱导更丰富的氨基酸变异以及较多的段缺失。研究还利用正向和反向遗传学案例阐明了该突变体库在小麦功能基因研究中的应用。在该研究基础上,团队搭建了小麦外显子基因突变位点检索网站:jing411.molbreeding.com/。自2022年6月运行以来,已为国内外小麦研究人员提供突变材料400余份次。

小麦全外显子突变体库及不同诱变方式分子变异特性比较

据悉,基于该突变体库,团队前期通过正向遗传学方法,发掘了小麦著名矮秆基因Rht8、抽穗期基因Vrn、穗型基因Q等重要性状的新基因和新等位变异10余个;利用反向遗传学方法,鉴定出小麦籽粒硬度、淀粉合成、麦瘟病等性状调控基因的新等位变异400多个,发表研究论文40余篇,为小麦功能基因挖掘与新品种培育提供了重要材料基础。

作科所熊宏春副研究员和郭会君研究员为该论文的共同第一作者,刘录祥研究员为该论文的通讯作者。本研究得到国家重点研发计划项目、现代农业产业技术体系和中国农科院科技创新工程等项目的资助。

 

原文链接:doi.org/10.1111/pbi.14111