PBJ | 综合利用快中子辐射诱变＋基因组学技术：实现油菜籽油成份改良

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为了确保全球粮食安全，持续改良作物品种以提升其产量和抗逆能力至关重要。目前，CRISPR基因组编辑技术在商业应用方面存在诸多限制，这些限制是实现其在粮食安全方面的关键障碍。其中包括转化符合食品质量标准并适应不同农艺条件的作物品种的效率低下。运营自由存在不确定性，而在许多国家，对所得作物是否应被视为转基因（GM）生物仍存在争议。为确保粮食安全，我们需要结合现代基因组学方法，重新审视那些经得住考验的“传统”方法。

近日，英国约克大学Lenka在Plant Biotechnology Journal上发表了一篇题为“Genomics of predictive radiation mutagenesis in oilseed rape: modifying seed oil composition”的研究论文。该研究将辐射诱变育种和基因组学相结合，以更有效地将新型遗传变异引入作物育种中，并为其他作物的预测性辐射诱变改良提供了范例。

辐射诱变基因组重测序分析的主要目的是通过反向遗传学的方法，以改良油菜籽的性状。在改良过程中，作者选择了欧洲冬性油菜品种Maplus。该品种具有芥酸含量高的特点。‘M0’代种子接受了不同剂量的伽马辐射（750–2000 Gy）或快中子（FNT）辐射（40–100 Gy）处理，具体处理过程如下图所示。我们收集并单独储存了每个M1代植株所产生的种子。播种了M2代种子（每个M1植株产生一个M2植株，另外从32个M1植株中培育出第二个M2植株），并从植株中取样叶组织进行基因组重测序（12倍覆盖度），之后继续培育这些植株，装袋自交，收集M3代种子。我们存储了M2和M3代种子，M3代代表经过基因组重测序的植株的后代，而M2代则代表基因组重测序植株的同胞。总共建立了1133个M2系列的基因组重测序面板。

为了确定基因组重测序的最佳辐射剂量，首先对一系列伽马辐射剂量对基因组的影响进行了初步评估。每个辐射剂量（750、1500、1750和2000 Gy）都种植了八对同源的M2植株，它们是同一辐射M1植株的后代。此外，还种植了16株未经处理的植株，以评估用于辐照的种子批次中是否存在任何已有的基因组结构变异。

作者估计实现对任何给定基因组区域的缺失饱和（平均5个实例）所需的群体大小约为1000个植株。对于重复事件，估计实现饱和需要约4000个植株。作者观察到，来自较高辐射剂量的M2植株在生长或生育抑制方面与来自较低剂量的植株相比几乎没有明显差异，因此优先选择了1750 Gy和2000 Gy的植株来进行基因组重测序。

综上所述，基因组重测序辐射诱变育种是一个强大的工具，可应用于以下两个方面：（a）通过检测大规模基因组缺失和重复中目标基因的拷贝数变异，从而验证假设；（b）利用小规模突变来预测和改善特征。这一创新利用了基因组学大幅加速了辐射诱变作物改良的传统方法。作者提出，基因组重测序辐射诱变可以通过诸如单倍体生产等手段“永久保存”作为共享资源。作者认为该方法适用于任何已有基因组序列的作物。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14220

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