Plant Journal｜法国科研团队推出了871个完全测序的纯合EMS突变体
文摘
科学
2024-07-31 22:09
中国香港
2024年7月29日，Plant Journal上线了一篇关于拟南芥突变体资源的研究论文，“A fully sequenced collection of homozygous EMS mutants for forward and reverse genetic screens in Arabidopsis thaliana”。该研究发布了871个纯合EMS突变体的全基因组序列，并对部分种质做了分子和表型水平上的验证，使我们能够更方便地进行拟南芥的正向和反向遗传筛选。拟南芥（Arabidopsis thaliana）是一种野生的十字花科植物，由于其具有相对简单的遗传特性（如基因数量、基因组大小）、短的繁殖周期、大量的后代、易于进行遗传操作、体型较小以及易于培养等特点，自90年代以来便一直作为基础研究的主要植物模型。全球范围内已经使用拟南芥进行了数千次的正向遗传筛选，其中Columbia-0（Col-0）是最常用的品种。这类筛选通常需要对数以万计的个体进行表型分析，从而限制了我们进行劳动密集型或昂贵的表型表征的能力。在Col-0参考基因组中注释了超过32,000个基因，使用T-DNA插入获得纯合突变体也是一项很大的工作量。当T-DNA插入到基因编码区域时，得到的大多是功能完全丧失的突变体，这限制了诱导遗传变异的范围。此外，这还阻碍了我们获得必需基因的突变体，导致只能用亚效或条件性等位基因的突变体进行这些基因的分析。为了克服上述的局限，该团队通过单籽传代或单倍体加倍，在Col-0中产生了一组纯合的EMS突变体（Homozygous EMS Mutant, HEM）品系。对其中47个HEM品系的全基因组序列分析显示，每个品系携带了大约700个纯合突变，其中28%影响了蛋白质序列。按照设计，HEM品系中的大多数突变都是固定的，这意味着表型可以被复制，并在这些永久性的品系中探索多种性状。之前的一个寻找减数分裂缺陷的正向遗传筛选，鉴定了其中43个品系，其中21个携带了已知在减数分裂中起关键作用的基因突变。这次筛选还发现了几个等位基因系列，表明对整个HEM文库进行测序，可能会促进因果基因的鉴定。在这项研究中，通过对871个HEM品系的全基因组测序，描述了该种质中存在的所有突变。平均每条HEM品系有576个高置信度的突变，平均每个基因有超过三个独立的突变改变了蛋白序列。图2. 通过反向遗传学在HEM品系中鉴定的部分突变表型在分子和表型水平上，对生殖、发育、免疫和生理特征进行的初步反向遗传学实验，证实了该工具在鉴定无功能、抑制功能和获得新功能等位基因方面的有效性。进行精细重复表型分析的可能性，以及突变体的即时可用性，将助力正向遗传学的研究。图3. 在HEM品系中鉴定到的cuc1和cuc2突变体表型为了帮助科研界利用这一新资源，该团队还构建了一个用户友好的网络界面(https://lipm-browsers.toulouse.inra.fr/pub/ATHEM/)，以便于使用HEM种质进行正向和反向遗传学研究。用户可以通过ATHEM网页接口进行序列资源的搜索，而这些生物材料则由凡尔赛拟南芥种质中心（Versailles Arabidopsis Stock Center）分发。
