中国科学家首创玉米EMS诱变突变体库

近日，由中国农业科学院生物技术研究所张春义团队、齐鲁师范学院玉米功能基因组路小铎团队、北京市农林科学院玉米研究中心赵久然团队共同合作完成了首个玉米EMS突变库的开发和测序，相关成果以“Gene-indexed mutations in maize (Zea mays)”为题于12月7日发表在国际知名学术期刊Molecular Plant上。玉米是全球种植范围最广、产量最大的谷类作物，居三大作物之首，其显著的高产性能和功能的多样性特征在促进国民经济发展和国家的粮食生产中占有重要地位。同时，玉米也是遗传学研究的重要模式物种。该研究用EMS突变的方法构建了基于B73品种的玉米突变体库，并结合外显子组捕获和新一代测序技术挖掘到突变位点的精准位置，为国内外从事玉米功能基因组学研究的科研人员研究玉米重要农艺性状的关键基因提供了重要的材料平台，将会大大加快功能基因组学研究的步伐，对我国乃至全世界玉米种质的遗传基础研究具有重要理论意义和现实意义。
该研究通过乙基甲酸盐(EMS)处理B73获得玉米突变体，并通过结合外显子捕获技术和新一代测序技术来检测全部的突变位点在基因中的位置，分析这些位点对基因造成的影响，从而得到了大规模的玉米的突变体库。该研究共完成了1086个M1突变株的测序，并鉴定出195,268个启动子及终止子的获得或丢失、错误拼接、各种非同义的蛋白质突变等由CG变为TA的点突变，这些突变类型都是能潜在的导致蛋白发生变化的突变。平均每个突变株有180个突变位点，分布在32,069个基因上，覆盖了82%的玉米基因组中可预测的蛋白质编码基因，平均每个基因就含有6.1个这种能导致基因编码的蛋白发生改变的突变位点。有多达27214个突变位点，分布在14101个基因的起始密码子、终止密码子的突变或错误拼接位置，这些类型的突变一定能导致基因编码蛋白的功能的丧失。
Overview of the Development of the Gene-indexed Mutant Collection 581 of Maize B73.
利用该突变体库，研究人员还开发了结合正向遗传学和反向遗传学，快速的、低成本的鉴定基因功能的新方法，并通过鉴定在赤霉素的生物合成途径中编码内根-贝壳杉烯合成酶这种关键酶的基因作为实例，证明了该方法的可靠性，从而验证了该突变体库的实用性。研究团队构建了突变体库的网站，提供了查询功能（网址为：www.elabcaas.cn/memd/），并与MaizeGDB合作，向全世界发放突变体以助力玉米功能基因组学的研究。该研究还为下一步深入挖掘玉米基因组中的优异基因并对其进行功能解析提供了快捷的方法和思路，为玉米的遗传改良提供了宝贵资源和更多的可能。
Gene Identification Workflow, Phenotype and GA Responses of ks3 Mutants.

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