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科學家克隆控制大豆開花期最大位點基因


      來自中科院東北地理與農業生態研究所,日本農業生物科學研究所(National Institute of Agrobiological Sciences,NIAS)等處的研究人員發表了題為“Positional cloning and characterization reveal the molecular basis for soybean maturity locus E1 that regulates photoperiodic flowering”的文章,利用最為經典的圖位克隆法一步一步準確地將控制大豆開花期基因的最大的位點基因克隆出來,這是繼1920年大豆光周期反應發現后,近百年來的重要成果之一。相關成果公布在美國《國家科學院院刊》(PNAS)雜志上。
      文章的第一作者,通訊作者之一是中科院東北地理與農業生態研究所夏正俊研究員,另外兩位通訊作者為日本科學家。其他參與研究的包括東北地理所翟紅、呂世翔、吳紅艷等。
      上個世紀20年代,人們發現了控制大豆開花期基因的存在。1971年,Bernard將控制大豆開花期基因的最大的位點基因定名為E1。但由于該基因位于第六號染色體(LG C2)中心粒著絲點附近,遺傳重組率低極低,致使人們一直未揭開該基因的神秘面紗。
      在這篇文章中,研究人員首先將兩個含有不同E1基因型的近等基因系進行雜交,獲得用于圖位克隆的遺傳群體。最初,通過含有1,442個體的群體將E1基因定位于289kb區域內,因該區域內還含有眾多基因,需進一步深入進行精細圖位克隆。夏正俊獨自用了三個月時間,手工一個一個地從13,760個種子鉆中取組織提取DNA,并進行基因型鑒定,從中獲得了10個極其珍貴的重組體。通過重組體后代的表型分離,將E1基因定位于17.4kb區域,在該區域內只有一個候選基因。
      研究結果證明:該基因為一類新型的豆科作物特有的轉錄因子,含有一個核定位信號,C端含有與植物轉錄因子B3遠緣相近的結構域。研究同時發現,在生產上非常重要的多個該基因的突變類型,均與大豆的光周期的不敏感性相關聯。初步表明該基因為大豆為短日照作物重要的決定因子。
      這一基因的成功克隆是1920年大豆光周期反應發現近百年來的重要成果之一。進一步研究其作用機理,可使人們了解大豆獨特的光周期及開花調控,對揭開大豆光周期反應及生育期調控之謎具有重要價值,同時對大豆產量性狀基因克隆,指導大豆品種選育、分子育種設計及品種布局等具有重要意義。
      所謂圖位克隆法是新型分離和克隆植物基因的方法之一,在不知道基因的表達產物,在未知基因的功能信息又無適宜的相對表型用于表型克隆時,最常用的基因克隆技術就是圖位克隆法。
      圖位克隆(Map-Based Cloning)是通過分析突變位點與已知分子標記的連鎖關系來確定突變表型的遺傳基本。圖位克隆法隨著相關配套技術(序列數據庫、分子標記等)的日漸成熟,應用范圍將越來越廣。


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