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严建兵教授课题组首次实现玉米单细胞测序

作物遗传改良国家重点实验室致力于公共平台建设成效初显

核心提示: 严建兵教授课题组通过对24个玉米四分体的单细胞分析获得多个创新性的科学发现,对玉米重组规律有了新认识,丰富了遗传学理论,为作物的遗传育种提供了有价值的信息。

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(文|作物遗传改良国家重点实验室通讯员张美冬 李响)3月24日,《自然•通讯》(Nature Communications)在线发表了我校作物遗传改良国家重点实验室玉米团队最新研究成果: “利用基于单孢子测序的四分体分析解析玉米重组机制”(Dissecting Meiotic Recombination based on Tetrad Analysis by Single-Microspore Sequencing in Maize)。二年级博士生李响为本文第一作者,严建兵教授为通讯作者,来自明尼苏达大学的李林博士也参与了该研究。

据了解,遗传重组是物种进化的重要动力之一,也是作物遗传改良的理论与物质基础。四分体是一次细胞减数分裂后的直接产物,是遗传重组分析的理想材料。分离四分体的四个小孢子并进行单细胞基因型分析是研究遗传重组机制的最佳方案,尽管目前动物单细胞测序技术较为成熟,但植物中,因为细胞壁的存在让单细胞DNA难以获取,致使这一研究举步维艰。面对这一学科前沿的挑战,严建兵教授课题组发展了一种简单可行的方法,成功分离出玉米四分体的四个小孢子,并提取其完整DNA,首次实现了植物单细胞全基因组测序,获得了多个创新性的科学发现。

玉米团队研究人员通过对玉米24个四分体96个小孢子的全基因组低通量测序分析,获得了近60万高质量的SNP标记,构建了接近单碱基水平的重组图谱,首次准确计算出玉米一个细胞一次减数分裂平均发生重组交换的次数,定位了多个重组热点区域。该团队负责人表示,揭示基因转换是重组过程中普遍发生的重要遗传现象,本研究不但证实了基因转换的发生并精确计算了它们的大小。该研究首次证实了在植物中存在较强的重组负干涉和复杂的染色单体干涉、环境因素显著影响重组频率等重要遗传学现象。这一创新性技术的建立,不但可以应用于其它植物的单细胞测序研究,同时对玉米重组规律有了新认识,丰富了遗传学理论,为作物的遗传育种提供了有价值的信息。

严建兵透露,这一试验是博士研究生李响同学花了不到半年时间完成,能获得如此快速的进展得益于实验室高通量测序平台的建立。作物遗传改良国家重点实验室常务副主任袁德军介绍,近年来,作物遗传改良国家重点实验室致力于公共平台建设,已陆续建成代谢组平台、高通量测序平台、计算服务平台,还在大力建设蛋白质平台等。这些平台的建设极大促进了实验室事业的发展,团队间的合作效果已经开始显现,比如基于代谢组平台,已有多个高水平研究成果发表。

该研究受到国家863计划、自然科学基金和中组部青年拔尖人才计划的资助。李响同学还受到我校“博士创新工程项目”的资助。

http://www.nature.com/ncomms/2015/150324/ncomms7648/full/ncomms7648.html

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责任编辑:陈治国
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