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想要“高颜值”玉米,来这里找跳跃基因吧_IT
作者:东昌府新闻网发布时间:2019-12-13 18:26文章来源:

五颜六色的玉米突变体籽粒 受访者供图

不知你有没有注意到,从菜市场买回来的玉米,有的是黄灿灿的,有的却像个大花脸,中间夹杂着紫色、白色的玉米粒?

其实,这是玉米的天性使然。玉米基因中有很多非常活跃的转座子,它们就像一支“小画笔”,跳到哪个基因上,就会抹去那里本来的“颜色”。因此导致籽粒颜色变化有一部分是转座子运动产生的。

转座子改变的不仅是玉米子粒颜色,还有株高、抗性、产量等几乎所有性状。这一独特的基因属性,引起了科学家们的兴趣。为了育种需要,我们不仅要抑制转座子跳跃带来的表型不稳定,同时也要利用转座子的跳跃选育优良品种。

近日,江苏省农业科学院种质资源所赵涵研究员团队、中国农业大学宋任涛教授团队和上海大学经过7年合作,创建了目前世界上最大的玉米转座子插入资源库,为全球玉米基因组研究提供重要遗传资源。相关研究报告近日发表在国际著名学术期刊《植物生理学》上。

玉米籽粒颜色变化的困惑

在日常生活中,我们常常能看到一些五颜六色的“花玉米”。在普通人看来,这并不是什么大不了的问题,因为吃起来口感并没有什么不同。

但是半个世纪前,美国科学家芭芭拉·麦克林托克却对此感到困惑,通过坚持不懈的研究最终发现了“跳跃基因”,也就是转座子。她也凭借着对转座子的开创性研究获得了诺贝尔奖。

转座子是染色体上一类可移动的DNA片段,能够从染色体上的一个位置跳到另一个位置。“转座子在生命体中广泛地存在,但玉米中的转座子最多,占到DNA分子的50%以上。这些具有转座能力的遗传因子,能够引发玉米基因组重排,使玉米品种遗传多样性增加。”据江苏省农科院种质资源与生物技术研究所副研究员周玲介绍,当转座子跳跃到某个有功能基因内部或邻近位点时,就会引起这个基因控制的功能丧失。

由于转座子的跳跃决定着玉米性状,故而研究人员希望通过控制转座子的跳跃,获得更加优化的品种。

1978年,科学家发现一种新的转座子体系——Mu转座子家族。这是迄今为止植物中发现的转座活性以及诱变能力最强的转座元件。一般转座子跳跃影响的性状并不明显,而当Mu转座子跳跃到某个基因后,可以使基因功能丧失,产生大量的突变表型,形成明显改变的性状。

在基因功能的研究中,突变体是最直接有效的材料。而Mu转座子插入突变体库的创制,为玉米研究者提供了丰富的遗传资源。因此,国外学者多年前就开始以Mu转座子供体材料与其他玉米自交系杂交,从中挑选插入诱变群体中的突变个体,并形成插入突变体库。

基因突变体库已向全球玉米研究人员开放

构建大型基因突变体库,已成为创造玉米种质、获得突变基因、分离克隆玉米重要功能基因,进而开展功能基因组学研究的重要方法之一。可以说,谁拥有了大型的基因突变体库,谁就可以走在相关研究的前沿。

过去,国内学者对某一个玉米性状进行研究时,需要向美国构建的UniformMu插入数据库申请突变体资源。“申请手续繁琐,且质量得不到保证,不利于国内相关领域的研究发展。”周玲说。

从2012年起,江苏省农科院与中国农业大学便开始合作构筑由Mu活性系突变形成的基因突变体库。“构筑突变体资源库的原理,就是利用Mu活性系与对照样本——B73自交系进行杂交,采用转座子标签分离技术结合第二代高通量久草在在线视观看视频在线观看测序技术,对材料中的Mu转座子进行定位,从而形成大量的突变体材料。”周玲告诉记者。

通过年复一年的杂交种植,他们对20000多株样本逐一进行基因测序,筛选出2581株遗传性状显著的玉米,纳入基因突变体库。

经过7年努力,目前的突变体基因库获得了丰硕成果。他们在2581个突变体材料中,通过Mu标签富集和高通量测序技术,结合生物信息学分析,以及大范围内验证插入位点的可遗传性,获得了约97000个可遗传插入位点,是美国插入数据库UniformMu的2倍。其中66565个位点为高质量可遗传插入,插入覆盖了玉米20244个(45.7%)基因,其中13425个基因存在两个及以上的插入。与美国的同质基因库相比,覆盖面更广,可供研究的性状也更多,对未来的玉米种质优化有着深远影响。

“我们基因突变体库还在补充完善之中,最终目标是形成4000多个突变体材料,获得更多的可遗传插入位点。”据周玲透露,这个基因突变体库的插入位点,已经对全球玉米研究人员开放共享。( 实习生 雷浩然 本报记者 张 晔)

?? 【编辑:李赫】

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