利用TACCA技术从六倍体小麦中快速克隆基因

2017-05-25 23:02:41海峡基因组

小麦是世界第二大粮食作物,提高小麦的产量、品质以及对环境的适应性具有重要意义。随着经济发展和人口增长,仅靠传统的遗传育种方法提高小麦产量、质量以及抗逆性是远远不够的。相对于模式植物,六倍体小麦存在基因组庞大、重复序列多、转化困难等问题,一些在模式植物中比较常用且技术相对成熟的方法如T-DNA标签法、转座子标签法等技术目前不适用于小麦。国内外科学家开发和改进了一些适合小麦基因克隆和功能研究的方法,极大地促进了小麦的基因克隆、基因组和功能基因组研究。

近日，《Nature Biotechnology》杂志发表了Anupriya Kaur Thind等人的论文，这篇论文利用"targeted chromosome-based cloning via long-range assembly"(TACCA)” 技术，花费四个月时间从头组装了高质量的小麦染色体序列（N50 = 9.76 Mb）。

谷类作物如小麦和玉米具有大量重复基因组，这使得克隆单个基因具有很大的挑战性。并且，基因编号和基因序列通常在相同作物的品种间差异很大。谷物中基因克隆的主要瓶颈是从感兴趣的品种中得到高质量的序列信息。为了加速一些作物的基因克隆，该科研团队报道了通过远程组装进行基于染色体的靶向克隆技术。在短短4个月的时间里，他们通过TACCA技术得到了一个高品质的(N50 of 9.76 Mb)的小麦品系的新染色体组装。利用这个染色体组装，该团队克隆了广谱Lr22a 叶诱病抗性基因，利用分子标记信息和EMS突变体，发现Lr22a编码与拟南芥RPM1蛋白同源的细胞内免疫受体。

原文摘要

Cereal crops such as wheat and maize have large repeat-rich genomes that make cloning of individual genes challenging. Moreover, gene order and gene sequences often differ substantially between cultivars of the same crop species^{1, 2, 3, 4}. A major bottleneck for gene cloning in cereals is the generation of high-quality sequence information from a cultivar of interest. In order to accelerate gene cloning from any cropping line, we report 'targeted chromosome-based cloning via long-range assembly' (TACCA). TACCA combines lossless genome-complexity reduction via chromosome flow sorting with Chicago long-range linkage⁵ to assemble complex genomes. We applied TACCA to produce a high-quality (N50 of 9.76 Mb) de novo chromosome assembly of the wheat line CH Campala Lr22a in only 4 months. Using this assembly we cloned the broad-spectrum Lr22a leaf-rust resistance gene, using molecular marker information and ethyl methanesulfonate (EMS) mutants, and found that Lr22a encodes an intracellular immune receptor homologous to the Arabidopsis thaliana RPM1 protein.