快速克隆基因(三)

原文:

Jan Bettgenhaeuser, Simon G. Krattinger. Rapid genecloning in cereals, Theoretical and Applied Genetics, 2018.

上一篇文章與大家分享了Positionalcloning 2.0?怎樣避免在基因克隆上花費10年?隨著高通量測序技術的發展,“核酸”檢測手段越來越精準,百邁客自2009年成立以來,一直與大家一起目睹此過程并不斷成長,基于國際先進的高通量測序平臺和博士為主的研發團隊,開展了對群體、轉錄調控、醫學、基因組、微生物等研究的主體業務:

??當基因組檢測不是制約基因克隆的主要問題,表型鑒定逐步演變為基因克隆的新瓶頸。

在過去幾年,基因組在基因克隆方面的飛速進展,基于突變體,涌現出快速且低成本的基因定位方法。也迎來:如何在成千個突變材料中將感興趣的表型植株挑選出來的挑戰。同時,基因功能的冗余也為多倍體篩選突變體造成一定阻力,一般一個基因在植株中作用明顯,突變后產生的表型差異越大,這樣的會容易被鑒定。而很多重要的農藝性狀,例如谷物產量,耐旱性或抗病性等屬于數量性狀,由很多微效位點一起加效起作用,如果表型還和環境存在互作,這些無外乎都對去尋找它們的突變體克隆基因形成了障礙。例如Lr34,Lr46和Lr68是植物中抗葉銹病相關基因,在世界大多數地方,Lr34和Lr46比Lr68有更大的表型效應,而在烏拉圭和阿根廷,Lr68表現出三者間最強的表型效應,所以在克隆Lr68時要考慮環境對表型影響。理論上,合適的環境中的表型考查,可以將目標QTL的貢獻率提到最大化。

過去的十年中,測序,基因組復雜性降低,標記開發和基因組分析加速了谷物基因的克隆。同時表型檢測系統也有了較快的發展,可以綜合自動化控制、光學成像、圖像分析及計算機技術等多種現代科學技術,表型組學研究可追蹤分析基因型、環境與表型的關系。基于圖像技術,可在穩定一致的環境下,定量,準確,無損地獲取植株表型,除了可對產量、抗性等復雜性狀進行動態測量外,還可獲得人工無法測量的新性狀如植株密度、谷粒投影面積等,另外隨著代謝組的發展,也為我們帶來了形形色色的表型數據。

??基因克隆,未來何去何從?

隨著谷物基因組的發布,基因組學研究最終走向后基因組時代,大米,高粱,玉米,大麥和小麥的基因組被公布,這為開發分子標記,進行圖位克隆提供便利,下個目標將會是綜合的分析不同種質資源間的變異,包括單核苷酸變異,拷貝數變異,和結構重組等。舉個例子,2018年高質量的野生稻和栽培稻的基因組、3000份水稻重測序被公布,這是水稻中首次基于上千份品種的基因序列多樣性及結構研究。類似的研究在小麥和大麥中開展,基于整個品種的變異檢測,可以用于TILLING群體或MutRenSeq的測序的捕獲序列設計,另外,數以千份的的重測序數據將更有利于GWAS研究,例如:Arora等選取174Ae. tauschii ssp.strangulata材料和21份Ae. tauschii ssp. tauschii材料,基于AgRenSeq的K-mer分析,成功地鑒定出了Sr33,Sr45,Sr46和SrTA1662基因。

另外,可以預期的是測序技術的讀長和準確性在不久的將來會進一步改進,例如,最近擬南芥的高質量基因組公布,利用MinIONNanopore組裝出包含62個contigs,N50為12.3Mb,總長為111Mb基因組且大大降低測序成本,百邁客全新引進2臺ONT最高通量測序儀PromethIONNanopore結果也是杠杠的:

PromethION下機數據(部分)

注:Species:分析的物種信息;SeqNum:各個長度范圍內序列的數目;SumBase:指各個長度范圍內序列的總長度;N50Len:reads N50長度;N90Len:readsN90長度;MeanLen:平均reads長度;MaxLen:最長reads長度;MeanQual:質量值。

我們前期的研究主要基于孟德爾遺傳定律,大多涉及的是質量性狀和數量性狀的主效位點,而好多重要的農藝性狀如產量及花期,微效QTL及它們間的互作發揮了重要作用,當然,在前期做完QTL或GWAS研究之后,圖位克隆仍是定位數量性狀相關基因最好的方法。

例如,GWAS和圖位克隆的組合,定位水稻中的抗性基因bsr-d1。微效基因的克隆障礙主要因為它們對表型的貢獻率較小,這樣基于極端表型和突變體的MutMap或MutChromSeq方法并不適合于它,后期相關基因的克隆絕大部分取決于精準的表型鑒定。

總之,在過去5年里,基因組研究的進步徹底改變了基因克隆的時速,一個全面的克隆基因的目錄,以及它們功能多態性,可以大大提高基因組輔助育種的準確性。

 

相關閱讀:

快速克隆基因(一)

快速克隆基因(二)

最近文章
网络棋牌看牌器 西宁快3查询 cc分分彩开奖 法国足球队 曾道玄机彩图 三地开奖走势 一点红高手论坛412222 .老时时 幸运赛车计划2019 香港六合彩六合图库 快乐十分开奖6月3号开奖号码 助赢pk10计划安卓版 吉林时时中奖规则表 网络彩票大小单双骗局 天天斗地主百人牛牛 体育票福建时时 五分彩在哪里开奖