新工具将推动对小麦基因的更多了解

霍华德休斯医学研究所的科学家已经开发出了一种急需的遗传资源，将大大加速小麦基因功能的研究。该资源是小麦种子的集合，具有超过1000万个测序和仔细编目的基因突变，可供小麦育种者和研究人员免费获得，并且已经在帮助开发具有改良性状的小麦植物。

加州大学戴维斯分校的霍华德休斯医学研究所 - 戈登和贝蒂摩尔基金会调查员Jorge Dubcovsky和他的合作者，英国John Innes研究所的作物遗传学家Cristobal Uauy领导了新的遗传工具的开发2017年1月16日那一周报道了美国国家科学院院刊。“我认为这对我们的社区来说真的是一个改变游戏规则的行为，”Dubcovsky说。

小麦是一种重要的作物，提供全世界人类消耗的20%的卡路里。为了维持粮食安全，小麦育种者正致力于开发能提供更多营养价值，产量更高，并能在气候变化中茁壮成长的植物。然而，一个关键的遗传特征使植物难以研究和操作。像许多植物一样，小麦是多倍体，意味着它在每个细胞中都有多个基因组拷贝：面食小麦每个基因有两个拷贝，面包小麦有三个。

为了研究单个基因的功能，研究人员通常会改变或消除该基因，以找出发生的情况 - 一种被称为反向遗传学的方法。但是在诸如小麦的多倍体生物体中，单个基因的突变通常没有明显的效果，因为突变基因的额外拷贝补偿了损失。研究人员必须多次跨越具有不同基因拷贝突变的植物，以获得基因功能丧失的一代植物。基因拷贝还隐藏了小麦基因组中的自然变异，这可能为选择性繁殖具有有用性状的植物创造机会。

小麦研究人员知道，全面收集具有明确基因突变的小麦品系会改变它们的工作方式。“我们没有任何针对小麦的反向遗传资源，我们绝对有必要研究基因功能，”Dubcovsky说。但由于小麦基因组的复杂性，开发该资源是一项艰巨的任务。

Dubcovsky和他的同事化学诱导了数千种小麦种子的随机基因突变，并开始开发和表征他们在五年多前收集的小麦突变体系。为了能够分析所有细胞系的DNA，研究人员开发了一种方法，让他们专注于编码蛋白质的基因组的一小部分。该研究小组专注于每株植物基因组的这一小部分，使用先进的测序技术测序了4,000亿个DNA基因，以分析从突变种子中生长的植物 - 总共2,735个突变体系。来自每个植物系的种子增加并保存用于分配。

由于小麦的多倍体使其能够耐受许多突变而不损害生长，研究人员能够开发出具有高密度基因突变的株系 - 每株植物中都检测到数千株。超过90%的植物基因被该系列中的1000万个突变所破坏，使其成为研究几乎任何小麦基因功能的有力资源。