科學(xué)家發(fā)現(xiàn)基因功能研究新途徑

模式植物擬南芥功能基因組學(xué)研究中，插入突變體庫(kù)是目前最直接有效的方法。而禾本科作物中的小麥和玉米由于株型大、難轉(zhuǎn)化等原因，一直沒有可用的插入突變體庫(kù)。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授安海龍團(tuán)隊(duì)以禾本科植物新興模式材料二穗短柄草入手，建立了插入突變體庫(kù)，并發(fā)現(xiàn)該方法也適用于構(gòu)建小麥、玉米的突變體庫(kù)。近日，該團(tuán)隊(duì)有關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《植物生理學(xué)》（Plant Physiology）上。

水稻是禾本科植物的模式物種，已有學(xué)者在研究中建立了適用于水稻的AcDs 轉(zhuǎn)座子體系插入突變體庫(kù)?？紤]到二穗短柄草屬于早熟禾亞科，與小麥和玉米親緣關(guān)系較近，是新興的單子葉植物模式材料，安海龍團(tuán)隊(duì)利用已知序列的水稻解離因子（Ds），構(gòu)建由激活因子（Ac）轉(zhuǎn)座酶和外源Ds 轉(zhuǎn)座子組成的轉(zhuǎn)座子體系，并嘗試將其插入到二穗短柄草機(jī)體細(xì)胞內(nèi)。

該團(tuán)隊(duì)成功篩選到與外源Ds 轉(zhuǎn)座子結(jié)合的突變基因材料，并以此為父本或母本進(jìn)行雜交組合，從后代中獲得了只含有外源Ds 轉(zhuǎn)座子的插入突變植株（以下稱為Ds 插入植株）。這些植株由于沒有Ac 轉(zhuǎn)座酶，所以外源Ds 轉(zhuǎn)座子不再“跳躍”，而是穩(wěn)定地插入某個(gè)基因中。他們對(duì)獲得的710 個(gè)Ds 插入植株進(jìn)行研究，根據(jù)Ds 基因序列，測(cè)出了與其結(jié)合的710 個(gè)未知基因序列，并發(fā)現(xiàn)來(lái)自同一個(gè)單株后代中Ds 插入位點(diǎn)約90%是不同的。

由于Ds 再次轉(zhuǎn)座偏好至離原插入位點(diǎn)近的地方，所以理論上可以在僅含Ds 插入植株中導(dǎo)入Ac 表達(dá)盒，再次誘變基因組中的任何基因，結(jié)合表型變化研究該基因的功能。這也意味著安海龍團(tuán)隊(duì)分離鑒定的Ds 插入植株成為禾本科植物基因組功能研究的資源庫(kù)。

目前，該團(tuán)隊(duì)把構(gòu)建的由Ac 轉(zhuǎn)座酶和外源Ds 轉(zhuǎn)座子組成的T-DNA 用在小麥、玉米研究中，也成功篩選出Ds 插入植株，初步建立了有關(guān)基因功能研究資源庫(kù)。分子生物學(xué)領(lǐng)域的研究人員可以利用這個(gè)資源庫(kù)，找出與小麥、玉米產(chǎn)量、質(zhì)量有關(guān)性狀變化相對(duì)應(yīng)的Ds 插入植株，通過PCR 技術(shù)找出Ds 結(jié)合基因并研究其功能，省去了傳統(tǒng)研究中雜交、田間篩選等環(huán)節(jié)，顯著地縮短了研究時(shí)間，并且不需要保存太多的植物種子。