欧易MBS技术再创新篇,助力水稻半矮秆性状与抗倒伏育种研究
生物探索 · 2018/02/07
MBS技术再发力

近日,《Molecular Plant》杂志(IF: 8.827)在线发表中国科学院上海植物生理生态研究所李来庚研究组与湖南亚华种业科学研究院杨远柱研究组合作完成的题为“Shortened Basal Internodes Encodes a Gibberellin 2-Oxidase and Contributes to Lodging Resistance in Rice”研究论文。

该研究采用欧易生物提供的MBS技术服务,发现了一个新的特异调控水稻茎秆基部节长度的基因,该基因在培育水稻半矮秆性状,提高抗倒伏能力,大面积增加水稻产量方面显示了重要的应用价值。

背景介绍

半矮秆性状对提高作物的抗倒伏能力及增加产量具有重要的意义。自20世纪60年代“绿色革命”以来,培育半矮杆水稻主要是利用赤霉素合成基因SD1的等位突变体。

水稻中已陆续报道了60多个矮杆及10个半矮杆突变体,但这些突变体还伴随着其他不利的农艺形状,如极端矮小,籽粒短小及雄性不育等。SD1仍然是目前能够用于抗倒伏遗传改良的唯一基因,极大的限制了分子育种的发展。因此,挖掘新的抗倒伏遗传资源势在必行。

研究内容

1 半矮秆水稻品种SV14来自于在中国湖南省广泛种植的温敏不育系Zhu1S,具有较好的抗倒伏能力。统计数据显示,SV14的第一至第五茎秆基部节间长度相比Zhu1S显著缩短,并且其第五节间的细胞伸长严重受阻。

2 通过遗传分析发现,SV14茎秆基部节间缩短是由单一基因控制的半显性遗传性状,并将该基因命名为Shornted Basal Internodes(SBI)。对SV14和Zhu1S,通过MBS测序分析和图位克隆,找到了SBI的候选基因,其编码一个GA2氧化酶(GA2ox),在茎秆基部节间高表达。序列比对后发现,在SV14和Zhu1S的SBI候选基因共存在6个SNP,其中D308和G338两处导致氨基酸变异。将来自于SV14的SBI候选基因导入中花11,表现出严重的矮化表型。而导入Zhu1S的SBI候选基因,矮化效应并不显著。

体外酶活实验证明,SV14的SBI表现出更高的GA2氧化酶活性。体内分析表明,相比于Zhu1S,SV14的茎秆基部节间中活性GA1含量显著降低,而非活性的2β-羟基-GA8含量升高。另外,过量表达SBISV14和SBIZhu1S都能显著降低GA1含量,并提高2β-羟基-GA8含量。但是,SBISV14对GA含量的影响比SBIZhu1S更为显著。

作者分析了Zhu1S和SV14的SBI等位基因中不同差异位点对表型的贡献。其中,第338位氨基酸位于GA2氧化酶蛋白序列的保守区域,而第308位氨基酸位于非保守区。分别将SBID308N andSBIG338R点突变序列导入中花11。表达SBIG338R的转基因植株均表现出严重的矮化表型,而SBID308N植株的高度仅有小幅度下降。同时,这两组转基因植株中,内源活性GA1含量降低,非活性的GA29。SBIG338R对GA含量的影响比SBID308N更为显著。这个结果表明,第338位氨基酸对SBI的活性具有关键的作用。

5 作者对大量水稻品种基因分析发现,含有SBIR338位点的株系表现出更矮的植株高度,而含有SBIG338株系则植株更高。同时,SBIR338株系比SBIG338株系茎秆表现出更短的基部节间长度。

作者利用SBI等位变异培育出了一系列具有合理茎秆节长度结构、高度抗倒伏能力的水稻新品种,这些品种在大面积种植中显示出良好的抗倒伏、高产、广适等特性。

总  结

SBI属于GA2ox家族,由11个基因组成。这些成员在植物发育的各个阶段发挥重要的作用。

SBI编码的GA2ox4在转换GA1, GA9 和GA20到GA8, GA51 和 GA29的过程中表现出重要的酶活性。

活性GA1含量的降低能够使植物呈现矮化性状。

利用SBISV14位点进行分子育种,为培育抗倒伏的高产水稻品种提供了新的思路。

本文中所涉及的全基因组测序工作由欧易生物完成

MBS技术简介

MBS全称为Mapping By Sequencing,是欧易生物基于BSA(Bulked segregant analysis)策略利用高通量测序技术对生物体性状相关突变(人工诱变或自然突变等)进行精细定位的一种技术,故也称作BSA-Seq。

由于采用了混池分离分析的方法和先进的高通量测序技术,结合欧易生物针对性优化的分析流程,MBS极大地减少了传统研究中时间和资源的耗费,大大加速了相关研究的进展。

所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。如若转载请联系原作者。
查看更多
发表评论 我在frontend\modules\comment\widgets\views\文件夹下面 test