【新方法可快速定位克隆水稻的數量性狀位點】日,《自然—通訊》在線發表了華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室水稻團隊、湖北洪山實驗室教授李一博課題組最新研究論文http://t.cn/A6M3rtZ3 。該研究開發了一種快速、高通量克隆數量性狀位點(QTL)基因的新方法——RapMap,發現了單位點遺傳的本質判斷標准,快速克隆了8個水稻種子大小QTL基因,並揭示了秈稻細長粒形是在水稻長期馴化和改良進程中定向選擇的結果。

作物的產量、品質以及抗生物和非生物脅迫相關性狀大多是由數量性狀位點控制的,對這些數量性狀位點進行遺傳解析和分子克隆是理解遺傳多樣性與遺傳改良作物的基礎。獲取單位點分離的遺傳定位群體,是克隆QTL基因的先決條件。傳統數量性狀位點克隆方法通過構建複雜遺傳群體進行數量性狀位點定位、利用高級作圖群體實現單位點遺傳,但是該過程耗時耗力,大大限制了數量性狀位點基因克隆的效率和應用進程。

為提高獲取單位點遺傳群體的效率,該研究首先根據顯性、半顯性和超顯性三種遺傳效應總結出了12種單位點遺傳分離模型,並在此基礎上提出單位點遺傳分離的本質特徵是在任意遺傳分離群體中目標QTL/基因區段的兩種純合基因型能夠與對應表型共分離,即共分離標准。該“共分離標准”是單位點遺傳的充要條件,對遺傳學中單位點遺傳分離的傳統判斷標准(如雙峰分布、3:1分離比等)起更正和澄清的作用,這一判斷標准的更新,大大提高了獲取單位點分離群體的效率和可能性。

為了最大可能地滿足分離群體的共分離標准,該研究提出並實踐了從核心種質選取表型差異較小的雙親構建一系列F2梯度群體進行遺傳定位的策略,以期最少化每個遺傳群體中控制目標性狀的分離位點數量,並克隆不同雙親組合中的主效QTL。不滿足共分離標准的群體,可通過自交低、中、高值的F2或F3的若幹家系,根據後代分離情況,選取目標區段雜合而背景分離位點純合的家系來實現單位點分離。

F2梯度群體結合單位點遺傳的共分離標准,實現了QTL定位、驗證及其類近等基因系篩選的“三位一體”的基因定位與克隆策略,大大節省了獲取單位點遺傳定位群體的時間和成本。該研究通過構建15個種子大小F2梯度群體,在三年內克隆了8個種子大小基因,包括兩個新基因GL1和GW5.1,兩個GS3強功能新等位基因GS3-5和GS3-6也得到克隆,這表明RapMap在QTL克隆方面具有較大潛力。

與傳統作圖群體和定位方法相比,RapMap的優勢主要表現在:RapMap兼具雙親本遺傳群體的精度和多親本遺傳群體的遺傳多樣性;F2梯度群體實現了雙親選擇和群體構建的簡單性、靈活性和全面性的統一,構建時間短、成本低;RapMap通過共分離標准將QTL定位、QTL效應驗證和類近等基因系篩選三個QTL克隆關鍵環節實現“三位一體”,大大提高了QTL克隆的准確度和效率,是以基因克隆為目標導向的方法;RapMap不僅可以克隆自然變異中的主效基因,還能鑒定克隆出自然群體中的稀有變異和微效基因;RapMap不依賴於複雜的軟件和統計方法,而是基於基因型和表型的直接對應,避免了假陽性和假陰性的幹擾,提高了QTL定位克隆的可靠性;通過F2梯度群體結合共分離標准,RapMap可有效地將複雜的多基因遺傳降低到簡單的單位點遺傳,從而實現一個群體只克隆一個主效QTL基因、多個群體批量克隆多個QTL基因的突破。

以上特點表明,以梯度遺傳群體的構建和單位點遺傳的“共分離標准”為核心的RapMap方法,是一個集QTL定位、驗證及其類近等基因系篩選“三位一體”的快速、高通量基因克隆策略。該方法同樣也適用於其他任何易於雜交和繁衍足夠雜交後代的植物和動物的任意性狀,或將成為QTL基因定位克隆的通用與首選方法,將助力功能基因組學與遺傳學研究。http://t.cn/A6M3rtZn

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