科学家发现基因功能研究新途径

2019-04-09 李晨 郭翠华 中国科学报
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模式植物拟南芥功能基因组学研究中,插入突变体库是目前最直接有效的方法。而禾本科作物中的小麦和玉米由于株型大、难转化等原因,一直没有可用的插入突变体库。山东农业大学生命科学学院教授安海龙团队以禾本科植物新兴模式材料二穗短柄草入手,建立了插入突变体库,并发现该方法也适用于构建小麦、玉米的突变体库。近日,该团队有关成果发表在国际知名期刊《植物生理学》(Plant Physiology)上。

水稻是禾本科植物的模式物种,已有学者在研究中建立了适用于水稻的AcDs转座子体系插入突变体库。考虑到二穗短柄草属于早熟禾亚科,与小麦和玉米亲缘关系较近,是新兴的单子叶植物模式材料,安海龙团队利用已知序列的水稻解离因子(Ds),构建由激活因子(Ac)转座酶和外源Ds转座子组成的转座子体系,并尝试将其插入到二穗短柄草机体细胞内。

该团队成功筛选到与外源Ds转座子结合的突变基因材料,并以此为父本或母本进行杂交组合,从后代中获得了只含有外源Ds转座子的插入突变植株(以下称为Ds插入植株)。这些植株由于没有Ac转座酶,所以外源Ds转座子不再“跳跃”,而是稳定地插入某个基因中。他们对获得的710个Ds插入植株进行研究,根据Ds基因序列,测出了与其结合的710个未知基因序列,并发现来自同一个单株后代中Ds插入位点约90%是不同的。

由于Ds再次转座偏好至离原插入位点近的地方,所以理论上可以在仅含Ds插入植株中导入Ac表达盒,再次诱变基因组中的任何基因,结合表型变化研究该基因的功能。这也意味着安海龙团队分离鉴定的Ds插入植株成为禾本科植物基因组功能研究的资源库。

目前,该团队把构建的由Ac转座酶和外源Ds转座子组成的T-DNA用在小麦、玉米研究中,也成功筛选出Ds插入植株,初步建立了有关基因功能研究资源库。分子生物学领域的研究人员可以利用这个资源库,找出与小麦、玉米产量、质量有关性状变化相对应的Ds插入植株,通过PCR技术找出Ds结合基因并研究其功能,省去了传统研究中杂交、田间筛选等环节,显着地缩短了研究时间,并且不需要保存太多的植物种子。