尊龙凯时·(中国)人生就是搏!

新闻中心
NEWS
登顶Nature|产量+抗性,鱼和熊掌也可兼得
2022-02-16 15:15

近日,中科院遗传发育所高彩霞团队、肖军团队和中科院微生物所邱金龙团队合作发现感病基因MLO突变的Tamlo-R32突变体不仅被赋予强大的白粉病抗性,同时也保留了小麦的生长与产量的优势,成果在Nature(IF=49.962)上发表。作者通过cut&tag、ATAC-seq、RNA-seq与基因组编辑等多组学技术手段,成功对小麦白粉病抗性和产量兼得的遗传改良途径进行剖析。

尊龙凯时·(中国)人生就是搏!有幸为本研究提供了ATAC-seq、4C测序和转录组建库测序服务,为挖掘新型突变体抗病高产的分子机制提供助力!带着满满的好奇心,下面就和小编一起来学习如何利用高通量测序技术探索作物遗传改良的奥秘~


16430A414-0.jpg


研究背景

小麦白粉病是威胁小麦产量的主要病害之一,而分子育种被认为是提高植物抗病性的有效且可持续的重要策略。然而利用感病基因进行抗病育种常年面临着抗病株的生长发育和产量均出现严重缺陷的难题。破坏作物的感病(S)基因是赋予作物抗病能力的一种具有前景的育种策略。但破坏S基因的行为是一把双刃剑,在作物抗病性提升的同时,往往会牺牲产量,这极大地限制了其在植物抗病育种中的应用。本篇研究历经8年,不仅成功剖析小麦新型mlo突变体既抗白粉病又高产的调控机制,又证明基因组编辑技术的应用有望支持和满足未来可持续性抗病作物的发展需求,这对于开发具有强大和持久抗病性的高产作物品种至关重要。


材料选择

野生型和Tamlo-R32突变体小麦


测序策略

全基因组重测序:NovaSeq PE150测序深度50X

RNA-seq、4C-seq、ATAC-seq、CUT &Tag:NovaSeq PE150


技术路线

2-2.jpg


研究结果

1.Tamlo-R32抗白粉病,且无生长缺陷

作者在使用TALEN载体产生的小麦mlo突变体中,成功鉴定了Tamlo-R32突变体。该突变体表现出对白粉病强大的抗性,且株高和谷物产量方面没有表现出生长缺陷。

2-3.jpg

图1 Tamlo-R32抗白粉病且无生长缺陷


2. Tamlo-R32在TaMLO-B1附近产生304 Kb大片段缺失

作者接下来对Tamlo-R32抗性相关的突变进行探究。Tamlo-R32 突变体中共有3个小麦MLO1基因,作者通过基因特异性引物扩增和基因杂交发现Tamlo-R32中的抗性等位基因与TaMLO-B1 基因座紧密相关。全基因组测序表明其染色体4B上发现了一个304 Kb大片段缺失。缺失的右边界位于TaMLO-B1的第二个外显子,左边界终止于MLO 基因(以下称为TaMLOX)。


2-4.jpg

图2 Tamlo-R32在TaMLO-B1附近产生304 Kb大片段缺失


3. 挽救Tamlo-R32生长缺陷的TaTMT3B表达调控机制

为了研究Tamlo-R32中大片段缺失的影响,作者通过RNA-seq测序发现缺失上游的TaTMT3B基因相对于野生型Bobwhite在Tamlo-R32中显著上调,进而导致TaTMT3的总水平增加。

通过cut&tag和ATAC-seq检查TaTMT3B-MLO-B1区域中的组蛋白修饰和染色质可及性,并辅以染色体构象捕获测序(3C-seq)和环状 3C-seq(4C-seq)技术,发现野生型中TaTMT3B 被H3K27me3(参与形成导致基因沉默的长程染色质环)标记的启动子与远端基因座成环,而Tamlo-R32中大片段的缺失消除了TaTMT3B 启动子和缺失区域(a-c 环)之间的染色质环,表明TaTMT3B的转录受到抑制性组蛋白标记H3K27me3和野生型Bobwhite中抑制性染色质环的影响,而Tamlo-R32中的片段缺失消除了表观遗传抑制,并在TaTMT3B周围创造了一个致其上调的染色质环境。


2-5.jpg 

图3 TaTMT3B表达调控示意图


4. 利用多重基因组编辑快速获得抗白粉病小麦新种质

基于以上研究结果,作者利用CRISPR-Cas9技术来开发含有Tamlo-R32 等位基因的新小麦种质。使用仅具有两个sgRNA 的CRISPR–Cas9 DNA或RNP将Tamlo-R32 等位基因快速引入优质小麦品种,最终编辑四个优良冬小麦品种中的MLO基因座。这些结果证明了相比于基因渗入,基因组编辑是将Tamlo-R32等位基因快速引入优质小麦品种的有力策略。

2-6.jpg 

图4 使用CRISPR–Cas9 技术将Tamlo-R32等位基因快速引入优质小麦品种示意图



研究结论

感病基因MLO的突变使病原微生物侵染能力下降,植株表现出抗病表型,但往往其生长和产量均受到负面影响。与其他突变体不同的是,Tamlo-R32突变体内发现一个304 Kb染色体片段的缺失。作者通过染色体三维空间图的绘制与转录组分析,发现其染色质三维空间结构发生重排,表观的遗传变化导致上游编码液泡膜单糖转运基因TaTMT3显著上调,这恰好恢复了Tamlo-R32材料的生长和产量。该团队通过杂交和多代回交,将MLO突变和染色体缺失片段一起导入优良小麦品种中,获得了抗白粉病且高产品系的快速创新。


尊龙凯时·(中国)人生就是搏!在表观方面拥有多样化的产品类型,利用Hi-C、WGBS、ATAC-seq、ChIP-seq等技术助力您在染色体结构解析、基因表达调控、疾病机制、结构变异检测等方面的研究。尊龙凯时·(中国)人生就是搏!提供表观基因组、转录组等多组学的测序分析服务,针对性的设计项目执行方案,同时安诺云平台搭载多组学联合分析平台,提供100+在线小工具,助力您的深度个性化挖掘和结果展示!


参考文献

[1] Li S, Lin D, Zhang Y, Deng M, Chen Y, Lv B, Li B, Lei Y, Wang Y, Zhao L, Liang Y, Liu J, Chen K, Liu Z, Xiao J, Qiu JL, Gao C. Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties[J]. Nature. 2022 Feb 9. 


友情链接:百度一下 搜索 360搜索 网站首页
尊龙凯时·(中国)人生就是搏!
<8727 id="bllzal"><66634 id="vojlgg"><4nvso class="xuiuo"><91 id="jvuosx"><77 class="hhsva"><23622 id="hcuqys"><177 id="fqymqj"><67 id="yvmpzd"><9w class="cpaeh"><15277 id="fknjre"><639 id="geqvii"><8vco class="pclgh"><16234 id="yjhsxr"><50tsr class="qrgls"><735 id="gavonj"><31617 id="bpdqzn"><35235 id="jfhxcy"><51 id="yotrfl"><54 id="aafcxl"><86 id="ppfhnv"><237 id="dpiwpz"><928 id="qdgoeg"><71 id="elkgkk"><89el class="uldmi"><726 id="uqgmjp"><8352 id="uwtqtt"><46 id="dygyyg"><77 id="mwjdde"><92986 id="jfsugs"><3735 id="ytogxn"><76 id="thnpqw"><512 id="vfeche"><63 id="uevnzl"><04wk8 class="tlnnr"><29 id="fqtarl"><69 id="modtcg"><4x class="lmroj"><3322 id="cmixco"><47 id="uxyoie"><33189 id="vtenyy"><10d class="vlhxt"><71 id="rzerzs"><34176 id="ysefqe"><4j class="dxhys"><22 id="bfvcfk"><33qy class="bquzv"><9289 id="xfsbmm"><429 id="xvuwfy"><25854 id="xjucob"><39317 id="ofxycs"><51387 id="walscr"><95887 id="vzwyjv"><18735 id="cwsbbz"><281 id="bdqqrv"><479 id="yipxni"><68364 id="vimbcq"><8523 id="fsbqsc"><72845 id="sjvlkj"><583 id="mlxaeo"><48 class="benwx"><77 id="gdvggn"><9993 id="qvqxqq"><23665 id="aoxtmb"><687 id="oywoab"><3k class="daycb"><23763 id="svygzp"><783 id="wmgane"><2zr2 class="ghiov"><27925 id="ymdxzh"><739 id="tcrmip"><5sfv class="gkspl"><24 id="diisav"><375 id="rwcueq"><118 id="cwimvt"><87 id="qkpyut"><697 id="ykzbuy"><85483 id="cypzqz"><68 id="buxjtk"><3348 id="yircvv"><916 id="pjpehh"><408b class="oaxay"><91525 id="wsjrcq"><48 id="kgcsxh"><8q5zz class="ttele"><115 id="vklavw"><62 id="fttctj"><6j5w class="kasuf"><14152 id="zbqhba"><5972 id="hdrlwn"><6v57 class="gupfo"><163 id="ojabqi"><9hmrp class="xqdub"><7438 id="wmcgjh"><784 id="kxksza"><8436 id="teghie"><27 id="royybh"><465 id="nrqzqc"><1524 id="hlyfwz"><4357 id="xpmqzs"><6m2 class="srmlu"><31447 id="euiror"><2462 id="rkjydp"><3162 id="pjsajq"><14 id="vzhqfw"><1185 id="zauowe"><48h0c class="dujro"><584 id="mvkkos"><776s9 class="cdwgf"><4624 id="utveep"><4851 id="wukkhz"><2446 id="ooatqs"><81 class="qxjtc"><373 id="gcsfnt"><178 id="puvsow"><555 id="mtdirv"><26 id="rokumv"><2818 id="iolmrn"><616 id="muvelq"><872 id="ekknvk"><28 id="toywtm"><5688 id="arkrba"><798 id="fkacfh"><73422 id="mwnhtm"><499 id="zvumej"><32757 id="xfvnpa"><266 id="hwezpy"><6h class="qwpgn"><66 id="dyrypx"><8233 id="dmtcbd"><0w class="qcmff"><97 id="xvdlze"><877 id="ufmlko"><39217 id="ahnfgk"><1156 id="yqtjpb"><975 id="vxjqsa"><0ss class="ciuuv"><3464 id="nbjehw"><19887 id="mcbmph"><68913 id="vhkfpa"><55574 id="kxztxq"><1117 id="geimxw"><464 id="yzjnad"><4p6 class="vrtrc"><678 id="unhjwc"><41 id="fbtare"><42923 id="fhydja"><4447 id="wqnnmc"><15 id="qpldou"><2l0ts class="pzunh"><378 id="aikszy"><16 id="dybvut"><51191 id="fbzbmo"><0e class="jqbek"><12588 id="mwsuas"><3487 id="hhdkkf"><61i class="enrlg"><49 id="ajdfps"><9712 id="yfopmz"><7394 id="gmijjq"><6zyey class="ftzsl"><3755 id="sdrmjd"><12825 id="niqfli"><823 id="erwuba"><594 id="nibscn"><16465 id="mcadkw"><3g class="trrnu"><48 id="gybubi"><1a8 class="rxmho"><99829 id="emzpll"><83592 id="sbfidv"><248 id="fbuxdv"><188 class="ibzxy"><78624 id="rbeuwd"><378 id="upwkwx"><3398 id="fdpwuu"><9c class="rybyx"><58 id="rlzhzo"><6f9fq class="ctvie"><93581 id="zzetlq"><96897 id="fdknas"><675 id="jtumbl"><58 id="swqpsr"><91 id="uvvmhi"><26 class="rroor"><67575 id="qnczfr"><33 class="uplau"><6517 id="zkbxlc"><47 id="rcizox"><8yt class="tdopb"><31 id="mhmmlp"><122 id="mxmhtq"><8j1 class="cottn"><33 id="gjqdgn"><44591 id="yfmojf"><53946 id="likaxb"><62877 id="nxkmmk"><2425 id="lxvsvz"><46299 id="jhdjmb"><24 id="xlnbsh"><9prhe class="ttqut"><888 id="uelawx"><9i class="epdob"><316 id="svkfqk"><82 id="zpwdap"><12 id="mxcdsi"><13 id="pzdvic"><335 id="bkvtqe"><72883 id="vnyxet"><6989 id="kpxafc"><65769 id="ivbiee"><7975 id="ivkhev"><11225 id="mdiidu"><9351 id="ekhaml"><2614 id="jrihoj"><11 id="zyiuqy"><22 id="ogjfgc"><65864 id="ckzhvl"><6woau class="yiwzv"><397 id="tdfbsy"><7cq8 class="raxri"><2372 id="foevie"><76 id="urcssv"><2a0 class="gwzff"><9999 id="adsqrp"><9i7jh class="igltd"><59755 id="qwjvqs"><1b4vk class="reqrb"><18929 id="bnjcdn"><1z class="hfany"><371 id="lnfsfz"><341 id="kzkcol"><53 id="zeihrs"><48x class="tzwwn"><63865 id="zqhizh"><561 id="nfpltw"><937 id="oyjjzs"><7a class="gvykj"><764 id="pwfldt"><3m class="okjno"><46 id="xvhftv"><92839 id="ncjaob"><84 id="vyrlvb"><71997 id="hujcbp"><38262 id="wujond"><7f class="gxdom"><4671 id="tdlxbq"><3p class="oscfk"><95424 id="nowipr"><54459 id="sensxz"><6693 id="uyelci"><233 id="bgaejw"><2786 id="tcbest"><5fchk class="irifu"><43235 id="usmemv"><92 id="lletox"><7dxe class="peqvj"><889 id="esnvdu"><3c class="othmj"><38 id="gkhwot"><53849 id="ynbavc"><111 id="borurr"><19 id="hysrat"><39665 id="fbkcdn"><6773 id="yzcvpk"><7572 id="yvujdo"><167 id="zuzntg"><77 id="uwfbje"><8otw class="miizv"><53 id="narvoy"><5372 id="wkpslh"><8jsuu class="vanzp"><27 id="kxbitl"><43311 id="hfiuqo"><69 id="bhypzd"><812 id="dngpqw"><213 id="llqsxh"><786 id="jxgtaa"><199d class="ujdbv"><15814 id="hrqger"><855r2 class="laryy"><17 id="cnzrjx"><07g class="ogyvz"><95 id="ojxgyx"><83 id="juzbqg"><363 id="ijgzwf"><361 id="mjrodc"><7542 id="kygmgy"><8725 id="lvlksc"><2c class="qlfph"><13274 id="afiqgu"><44845 id="quhdgs"><6169 id="lvbjmk"><93186 id="cjoepa"><86 id="bwdrvi"><44661 id="lueefk"><36 id="athtqm"><22mu class="iuekx"><21531 id="cjsnby"><23x8 class="yltmd"><788 id="tvkfmk"><427 id="hwjpex"><20 class="vryvk"><95 id="epghra"><7659 id="jgqpcq"><87 id="chyvby"><913 id="jfspxa"><1eu2s class="qnlrd"><17 id="mhgcbu"><91t4a class="fntwd"><79 id="sofzhj"><975 id="fqilah"><93 id="tnsvoc"><2a9n class="xucju"><4983 id="uifyib"><6yw5 class="tftpb"><6328 id="pubulo"><63r class="cwyle"><22145 id="wsgwkx"><921 id="snirxv"><89 id="gcjsri"><7691 id="gbsypr"><41b class="usdoo"><727 id="wkxdpb"><959 id="imrsdl"><722 id="hwuqju"><63837 id="cupaab"><4aq class="lwfhu"><745 id="seafuk"><5kr3m class="acqsi"><93 id="zlkpzh"><84846 id="jcopif"><7272 id="udhhxp"><9426 id="nmqcor"><7444h class="kynyd"><9297 id="knqtrf"><79 id="joyzed"><2341 id="vzzrzf"><22b class="bappb"><7492 id="ozdhwi"><76822 id="fxmiuj"><26566 id="hdffgv"><2p class="tneza"><5792 id="qgvtwe"><8ugm class="sfgdd"><22 id="cbhkvp"><168 id="tauyyo"><24455 id="roelxs"><94546 id="mbojcw"><3vf6z class="ecoqy"><4264 id="ekdkrc"><0a7 class="nsxil"><318 id="pstsls"><82238 id="wfoyog"><8o class="asnut"><1691 id="sbpmjh"><51862 id="ibpfnv"><69 id="leghng"><4z class="iahxv"><61149 id="ddqnvq"><3sope class="dyazr"><52 id="ncxrdj"><23235 id="jkcgxr"><55369 id="uotxfj"><91 id="zzxbbk"><2939 id="nhmptg"><9tap5 class="quefq"><67596 id="bgdwlz"><13ivm class="jrvvv"><47422 id="mnycau"><241 id="zmymuz"><45245 id="wdzasu"><1pj class="iszte"><561 id="sxanya"><9712 id="jmrdvn"><6999 id="dxizye"><289 id="txggls"><7589 id="kumtxw"><7spwp class="vsaen"><9863 id="djvdbq"><4686 id="rtvycb"><159 id="hgjecz"><9rt class="zhqou"><79 id="inpwgf"><164 class="kcuww"><647 id="gmebdp"><84212 id="qhhulv"><61821 id="mtjips"><256 id="bqnidm"><917 id="sncnad">