PBJ|植物突变体数据库构建

六倍体小麦（Triticum aestivum）是一种主要的主粮作物，其基因组非常大，约为14.4 Gb（中国春 v2.1参考基因组中包含106913个高置信度[HC]和159840个低置信度[LC]基因），这对功能基因组学研究提出了重大挑战。

2023年10月发表于《Plant Biotechnology Journal》的“A large-scale whole-exome sequencing mutant resource for functional genomics in wheat”文章通过对小麦全外显子组测序，以生成一个几乎饱和的小麦突变体数据库，其中包含由EMS、碳离子束或γ射线诱变诱导的18,025,209个突变。作者建立了一个公开可用的这些突变数据库和相应的种质库，以促进小麦的高级功能基因组学研究，为广大植物研究界提供便利。

• 发表期刊：Plant Biotechnology Journal

• 发表时间：2023

• 影响因子：13.8

• DOI: 10.1111/pbi.14111

主要结果

1、Jing411小麦2162个突变株系的突变鉴定

本研究选择Jing411作为野生型（WT）来构建突变体库，因为该主要小麦品种在中国北方冬小麦区栽培，并且几十年来一直作为当地育种的核心亲本。通过PacBio和Illumina 测序组装Jing411野生型，获得基因组共14.2个 Gb，N50为565 kb和N90为96 kb。

作者对Jing411的2162个突变系进行了全外显子组测序，其中包括1630个EMS、274个γ射线和258个来自Jing411的C离子束诱导突变体（图1）。在该突变体群体中，可见许多表型变异，如植物结构、穗部形态和种子形态的变异。研究确定了18 025 209种突变，包括17种 176 497个SNPs，442 110个插入，406 601个缺失，68个 323个大片段缺失。这些结果表明，全外显子组测序可以为小麦大多数功能基因的突变分析提供可靠的资源。

图1 通过外显子组捕获测序建立小麦突变体数据库的方法概述

2、利用小麦突变体群体进行基因定位的高效方法

本研究的突变体库包含了许多来自不同来源的突变，这些突变应该会影响蛋白质的功能。作者以小麦突变体黄绿叶1（yg1）为例，对产生了3株绿叶植物和10株黄绿叶植物，开展全外显子组捕获，结果发现位于2D染色体上的突变与黄绿叶表型相关的基因有关（图2）。研究所产生的组合突变体群体能够相对快速、准确地定位与农艺或生物学重要性状相关的基因。

图2 小麦突变体黄绿叶基因的定位

3、赤霉素（GA）生物合成和信号通路基因的反向遗传学鉴定

由于GA生物合成或信号通路基因影响株高，作者检测了携带纯合stop-gain或错义突变的突变株系的株高，这些突变对GA生物合成和信号通路中的基因功能具有高或中等预测效果（图3）。

图3 GA生物合成和信号通路基因突变体的株高。绿色、黄色和橙色方块分别代表A、B和D亚基因组中的基因突变。

4、小麦功能基因组学研究的突变数据库

基于外显子捕获测序检测到的突变，作者建立了这些小麦突变的公共数据库（http://jing411.molbreeding.com/#/），从而广泛传播和促进植物研究界对这些突变体的有效利用。使用该数据库，用户可以通过使用中国春季V2.1中的基因ID或染色体位置作为查询进行搜索，找到与其研究兴趣相关的突变信息，包括预测的功能影响、基因注释和核苷酸碱基或氨基酸转换（等）。这个数据库还提供了一个Jbrowse接口来搜索每个染色体上相应的突变。

图 小麦功能基因组学研究的突变体数据库

图 数据库功能展示：突变位点序列查找

图 数据库功能展示：序列截取

图 数据库功能展示：突变位点引物设计

图 数据库功能展示：序列Blast比对

总 结

总之，这项工作为反向遗传研究提供了有价值的材料，同时也简化了小麦重要性状致病基因正向遗传分析的一些步骤。本研究所获得的突变体资源和数据库为小麦功能遗传分析提供了一个功能强大、信息丰富、高效的在线分析资源，将有助于小麦基础研究和应用研究。

参考文献

[1] Xiong, H., et al. (2023) A large-scale whole-exome sequencing mutant resource for functional genomics in wheat. Plant Biotechnol. J., https://doi.org/10.1111/pbi.14111.

原文地址：https://blog.csdn.net/SHANGHAILINGEN/article/details/136036067

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