2023-03-13
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【派森諾高分項目文章】
《Nature》 影響因子：69.504 中國科學院分子植物科學卓越創新中心巫永睿研究團隊在國際期刊《Nature》發表研究成果！本研究成功從野生玉米中克隆出控制玉米高蛋白品質形成和氮素高效利用的關鍵變異基因THP9，能顯著提高雜交種籽粒蛋白含量。
一、研究背景 植(zhi)物的(de)(de)種(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)含有如碳水化合(he)物等(deng)儲存的(de)(de)代謝(xie)產物，這些產物對種(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)萌發(fa)、各種(zhong)(zhong)(zhong)動物和人類生(sheng)存發(fa)展(zhan)都(dou)十分(fen)重要。因此(ci)育種(zhong)(zhong)(zhong)家一直致力于基(ji)因改造，以創造出(chu)具有更(geng)大(da)代謝(xie)產物比例的(de)(de)種(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)。隨(sui)著玉(yu)米大(da)量(liang)(liang)用(yong)作牲畜飼料，淀粉含量(liang)(liang)成為(wei)主要關注點，而對蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)(zhi)含量(liang)(liang)和風味(wei)的(de)(de)關注較(jiao)少，導致現(xian)代玉(yu)米只含有5-10%的(de)(de)蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)(zhi)；而大(da)芻草（Teosinte），玉(yu)米的(de)(de)野生(sheng)祖(zu)先，蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)(zhi)含量(liang)(liang)為(wei)20-30%，其控(kong)制玉(yu)米總(zong)蛋(dan)白(bai)含量(liang)(liang)和高氮素利(li)(li)用(yong)的(de)(de)關鍵基(ji)因一直未找到，而植(zhi)物蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)(zhi)未來可能在人類飲食中將發(fa)揮(hui)更(geng)大(da)作用(yong)。因此(ci)，未來的(de)(de)玉(yu)米育種(zhong)(zhong)(zhong)必須具有更(geng)高氮利(li)(li)用(yong)率(lv)和高蛋(dan)白(bai)含量(liang)(liang)。 本研(yan)究為了(le)確定導致玉米和Teosinte蛋(dan)白(bai)(bai)質含量差異(yi)的基因(yin)，分析了(le)它們雜交(jiao)后(hou)代(dai)，并(bing)對(dui)影(ying)響(xiang)這一(yi)性狀的數(shu)量性狀基因(yin)座(zuo)(zuo)（QTL）進行了(le)表(biao)征。對(dui)Teosinte單倍型基因(yin)組進行了(le)測(ce)序，并(bing)定位了(le)與種子(zi)中(zhong)高(gao)蛋(dan)白(bai)(bai)含量相關(guan)的基因(yin)位點(dian)，并(bing)成功(gong)克隆Teosinte高(gao)蛋(dan)白(bai)(bai)基因(yin)座(zuo)(zuo)THP9，為玉米高(gao)蛋(dan)白(bai)(bai)種質培育提供了(le)重要參(can)考。
二、研究材料與文章思路 1、實(shi)驗材料 基于高蛋白含量的野生玉米（Teosinte）與B73自交系雜交構建高世代近等基因系群體，分別對群體BC4（n=500）、BC6（n=1314）以及BC8（n=1344）進行了3次大規模高蛋白遺傳群體的測序與定位，最后利用BC9 (n?=?2,000)進行了精細定位。 2、研(yan)究思(si)路圖
三、本文重要研究結果 本研究收(shou)集(ji)了20個野(ye)生玉(yu)米種，從中(zhong)篩選出一(yi)個高(gao)蛋(dan)白含(han)量的(de)(de)代表株，Ames 21814，基于HiFi數據(ju)和Hi-C數據(ju)成功組裝出該野(ye)生玉(yu)米高(gao)雜合的(de)(de)復(fu)雜基因組。 此外本研究成功攻克野生玉米與現代玉米B73雜交單向不親和難題，構建了超F10的高世代近等基因系家系群體，并對群體BC4（n=500）中的高低蛋白含量的子代構建了DNA混池，進行了BSA混池關聯分析，定位到Chr.9上的130Mb-160Mb的區域，該區域包含了315個Teosinte滲入基因，該位點被命名為TEOSINTE高蛋白9。此外，又對BC6（n=1314）以及BC8（n=1344）群體同樣進行了BSA混池關聯分析，驗證了BC4群體定位結果。后續又利用構建的BC9 (n?=?2,000) 群體進行了精細定位，最終將后續區域縮小到150 kb范圍內，包含有3個候選基因。 圖(tu)(tu)THP9基因的圖(tu)(tu)位克隆與(yu)蛋(dan)白含量測定
四、研究結論 該研究團隊在三亞南繁基地進行了大規模田間試驗，將野生玉米高蛋白基因Thp9-T雜交導入我國推廣面積最大的玉米生產栽培品種鄭單958中，可以顯著提高雜交種籽粒蛋白含量，表明該基因在培育高蛋白玉米中具有重要的應用潛能。 巫永(yong)睿課題組于(yu)2019年攜手派森諾，已成功在《Plant Cell》雜志發表玉米高分文(wen)章，基于(yu)BSA分析策略成功挖掘(jue)出(chu)玉米早(zao)期胚乳發育過程中的關鍵基因，揭(jie)示了早(zao)期胚乳細(xi)胞數目增殖決定最終籽粒大小的重要(yao)分子機理。
總 結 BSA是基于群體中挑選極端性狀的個體構建混池進行分析的方法，通過研究混池之間等位基因頻率的差異，將與性狀相關的位點在基因組上進行定位，應用的物種越來越廣泛，發表的文章也越來越多，已經是分子遺傳育種常規方法之一。趕緊來派森諾云平臺試試手，搜索“派森諾基因云”或者點擊www.genescloud.cn進入網站進行分析體驗吧！當然在體驗過程中，有任何的寶貴建議歡迎提交至郵箱 gc_support@doudin.cn，我們(men)會認真對(dui)待(dai)每一(yi)份建議，不斷(duan)提升，讓您每一(yi)次都有更好的體驗!
