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科学家克隆控制大豆开花期最大位点基因


      来自中科院东北地理与农业生态研究所,日本农业生物科学研究所(National Institute of Agrobiological Sciences,NIAS)等处的研究人员发表了题为“Positional cloning and characterization reveal the molecular basis for soybean maturity locus E1 that regulates photoperiodic flowering”的文章,利用最为经典的图位克隆法一步一步准确地将控制大豆开花期基因的最大的位点基因克隆出来,这是继1920年大豆光周期反应发现后,近百年来的重要成果之一。相关成果公布在美国《国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。
      文章的第一作者,通讯作者之一是中科院东北地理与农业生态研究所夏正俊研究员,另外两位通讯作者为日本科学家。其他参与研究的包括东北地理所翟红、吕世翔、吴红艳等。
      上个世纪20年代,人们发现了控制大豆开花期基因的存在。1971年,Bernard将控制大豆开花期基因的最大的位点基因定名为E1。但由于该基因位于第六号染色体(LG C2)中心粒着丝点附近,遗传重组率低极低,致使人们一直未揭开该基因的神秘面纱。
      在这篇文章中,研究人员首先将两个含有不同E1基因型的近等基因系进行杂交,获得用于图位克隆的遗传群体。最初,通过含有1,442个体的群体将E1基因定位于289kb区域内,因该区域内还含有众多基因,需进一步深入进行精细图位克隆。夏正俊独自用了三个月时间,手工一个一个地从13,760个种子钻中取组织提取DNA,并进行基因型鉴定,从中获得了10个极其珍贵的重组体。通过重组体后代的表型分离,将E1基因定位于17.4kb区域,在该区域内只有一个候选基因。
      研究结果证明:该基因为一类新型的豆科作物特有的转录因子,含有一个核定位信号,C端含有与植物转录因子B3远缘相近的结构域。研究同时发现,在生产上非常重要的多个该基因的突变类型,均与大豆的光周期的不敏感性相关联。初步表明该基因为大豆为短日照作物重要的决定因子。
      这一基因的成功克隆是1920年大豆光周期反应发现近百年来的重要成果之一。进一步研究其作用机理,可使人们了解大豆独特的光周期及开花调控,对揭开大豆光周期反应及生育期调控之谜具有重要价值,同时对大豆产量性状基因克隆,指导大豆品种选育、分子育种设计及品种布局等具有重要意义。
      所谓图位克隆法是新型分离和克隆植物基因的方法之一,在不知道基因的表达产物,在未知基因的功能信息又无适宜的相对表型用于表型克隆时,最常用的基因克隆技术就是图位克隆法。
      图位克隆(Map-Based Cloning)是通过分析突变位点与已知分子标记的连锁关系来确定突变表型的遗传基本。图位克隆法随着相关配套技术(序列数据库、分子标记等)的日渐成熟,应用范围将越来越广。


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