文献集锦 | 首次发表KN9204 EMS突变体库，丰富冬小麦功能基因组学

当前位置：

2023-04-14 16:59

近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究员、贺飞研究员和河北师范大学刘西岗教授、李俊明教授联合通讯，在Plant Communications上发表了最新研究成果，通过捕获冬小麦品种KN9204的全外显子组生成了EMS突变体库，并对其进行了测序。

文章题目

Boosting wheat functional genomics via an indexed EMS mutant library of KN9204

第一作者：Dongzhi Wang, Yongpeng Li, Haojie Wang, Yongxin Xu, Yiman Yang

通讯作者：Junming Li, Fei He, Xigang Liu, Jun Xiao

通讯单位：中国科学院遗传与发育生物学研究所和河北师范大学联合通讯

杂志：Plant Communications

影响因子：8.625/Q1

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100593

小麦EMS突变体库：

http://kn9204.molbreeding.com/

研究背景

对小麦功能基因组学的深入理解可以改善小麦农艺性状，也有利于环境适应性的定向育种。然而，小麦缺乏基因标记突变体，转化效率低，这些限制了科研人员对小麦基因功能的深入探索和育种遗传操作。冬小麦具有产量高、品质优良和适应性广泛等特点，人工诱变在一定程度上可丰富其遗传多样性。然而，由于缺乏全基因组基因检索信息，很难确定突变表型与DNA变异的因果联系。

技术方案

靶向全外显子组探针捕获测序

小麦转录因子家族全基因组鉴定

中等规模苗期胁迫处理

转录组测序结合表观基因组学数据分析

研究意义

该突变体库包含了新的突变体且具有丰富的表型多样性，为基因鉴定和小麦育种应用提供了宝贵的遗传资源。EMS突变体库的建立结合表观基因组数据集（包括染色质可及性、核心组蛋白修饰等），这些数据可以在不同研究水平上推动小麦功能基因组学的发展。

▲冬小麦品种KN9204 EMS突变的构建

A：KN9204原始亲本(红色)和子代(蓝色)的简化谱系

B：多表观基因组数据汇总染色体分布的Circos图

C：KN9204 EMS突变群体的构建及全外显子组捕获测序流程概述

研究者们利用EMS诱变技术，建立了中国北方流行小麦品种KN9204文库，包括参考基因组、转录组和表观基因组等不同组类。利用KN9204基因组设计探针对2090株突变系进行外显子组捕获测序，结果显示98.79%的编码基因发生突变，且每株平均有1383个EMS型SNPs。

▲KN9204突变体库中表型变异多样性

KN9204突变体的每一行EMS型SNPs数量相对更少，该库具有更大群体规模，并且提供了几乎覆盖整个基因组编码基因的突变体。此外，KN9204群体产生了超过41000个高置信基因的巨大突变，使其成为功能基因组学和育种研究的优良选择。

▲KN9204 EMS突变文库鉴定

通过WES，研究者们在农艺性状和产量相关基因上发现了新的等位变异，如Rht-D1、WFZP和GW2等。对于“绿色革命”基因Rht-D1，在多个株系中检测到3个截断的新等位基因，其中4个株系株高有所变化。

▲KN9204突变库中发现新的等位基因变异

研究人员将胁迫处理下KN9204的转录组数据与KN9204突变体库相结合，系统地分析了80个NAC 转录因子的100个突变系，发现了13个含有NAC转录因子的突变系对干旱和盐胁迫的响应发生了改变。

▲三个NAC转录因子突变系对干旱和盐胁迫响应的改变

A：NAC转录因突变系C332、C797、D47的耐旱耐盐性评价。照片是在正常条件(CK)、干旱处理和盐处理下水培生长两周后拍摄的

B：3个NAC TF突变株系在不同条件下最大根长(MRL)、苗长(SL)、根干重(DW_Root)和叶片干重(DW_leaf)的定量分析

C：正常条件下离体叶片失水速率

利用转录组和染色质可及性数据对三个NAC转录因子突变系进行进一步分析，发现在盐或干旱胁迫下，NAC有数百个转录模式改变的直接靶点，包括SNAC1、DREB2B、CML16和ZFP182，这些已知因子对非生物胁迫有所响应。研究表明KN9204生成的多维组学数据资源有助于研究DNA变异对基因表达、转录调控网络以及潜在相互作用蛋白的影响。