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棉花遗传改良团队初步阐明棉花细胞质雄性不育恢复基因的作用模式
发布时间:2021-11-23

20211122日,Theoretical and Applied Genetics杂志在线刊发了棉花遗传改良团队题为“A super PPR cluster for restoring fertility revealed by genetic mapping, homocap-seq and de novo assembly in cotton”的研究论文。本研究设计了一种分析棉花基因组中高度同源的PPR基因家族的测序及相应分析方法--PCR-based multiplexed homolog-capture sequencingHomocap-seq),用于在表达和序列变异两个维度研究棉花细胞质雄性不育恢复基因。

细胞质雄性不育(CMS)的育性恢复基因(Rf)通常是PPRpentatricopeptide repeat)基因,它们大多位于一个具有高度相似性的PPR基因簇中。棉花基因组中PPR基因多拷贝和序列相似度高的特点增加了研究的难度。本研究应用Homocap-seq分析棉花三系材料6001A、6001B7R13PPR簇,发现恢复系中D05_PPR簇内成员存在广泛差异,而其他PPR基因簇在表达和序列上无差异,推断D05_PPR簇与育性恢复有关。而基于F2群体的遗传定位和基于F2群体三种基因型的Homocap-seq分析同样证实D05_PPR簇是Rf的起源。根据发现的序列变异,克隆了三个Rf候选基因,其高深度扩增子表明它们是恢复系D05_PPR簇中表达最活跃的基因。然而,进一步的转基因实验表明,三个候选基因都不能恢复不育系的育性。然后,通过长读重测序,鉴定了恢复系D05中含有14个全长PPR和至少13PPR同源序列的超大PPR簇,验证了Homocap-seq变异和表达预测的有效性。此外,我们发现几个PPR重复,包括3Rf候选基因中的2个,为潜在的重要花药发育相关基因并发生了位点特异性选择。最后,本研究提出多个PPR共同参与不育系的育性恢复,为进一步研究恢复基因的作用机制具有重要意义。

                                             

论文中图2. 通过Homocap-seq和群体定位D05_PPR簇中的Rf基因

另外,基于恢复系变异分析开发了恢复系特异CAPS标记并获批国家发明专利(ZL201910027112.9),用于在生产上对恢复系的纯度和真实性进行鉴定。

350vip浦京集团作物遗传改良国家重点实验室已毕业博士生高斌为该论文的第一作者,林忠旭教授为该论文的通讯作者。岳阳市农业科学院的任高峰和李海平研究员为本研究提供了棉花三系材料和遗传群体。

论文键链:https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03990-0


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