文章信息
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题目：Construction of a high-density mutant population of Chinese cabbage facilitates the genetic dissection of agronomic traits
作者：Xiaoxue Sun，WeiMa，ShuxingShen，FengCheng，JianjunZhao等
单位：Hebei Agricultural University and Chinese Academy of Agricultural Sciences
期刊：Molecular Plant
日期：Available online 9 February 2022
摘要
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大白菜( Brassica rapa ssp. pekinensis ) 是具有重要经济意义的蔬菜。为了促进大白菜的功能基因组研究，作者使用双单倍体自交系A03作为亲本，产生了约8000个M2的甲磺酸乙酯（EMS）突变体群体。A03的基因组被测序并用作全基因组水平基因突变的高通量功能的参考。共 300个M2至M5的EMS突变体经过表型筛选，然后测序，得到了750629个 SNP 和46272个InDel突变，覆盖了A03基因组中所有预测基因的98.27%。此外，作者还建立了大白菜EMS突变数据库（CCEMD，www.bioinformaticslab.cn /EMSmutation/home) 以增加这种突变种群资源的可用性。总之，本研究在表型和基因型水平上对大白菜EMS突变体集合进行了大规模筛选，这将有助于大白菜的基因挖掘。
技术路线
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主要结果
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4.1 A03亲本的基因组组装和注释
组装的 A03 基因组大小为 403.20 Mb，比大白菜参考基因组Chiifu (v3.0, 353.14 Mb) 大约大 50 Mb ( Zhang et al., 2018）。A03 基因组包含 1222 个 contig，contig N50 大小为 4.29 Mb。与其他大白菜基因组相比，A03 基因组具有更多最近插入的转座因子 (TE) 序列。
4.2 300个突变体的全基因组重测序和突变筛选
在7756个M2植物中鉴定了2793个与生长相关的突变体。对突变体在幼苗、莲座、抽穗和生殖阶段的可见表型进行评估，并根据叶形、叶色、叶头形态和开花等特征分为10大类和29个亚类。
选择了300个突变体进行进一步的表型分析和基因组测序。从300个突变株系中获得了1.93TB的数据，范围从每株 50.1Gb到93.1Gb，对应于 15.90 倍的测序深度。在M2、M3、M4和M5代中，纯合突变的百分比分别为21.29%、24.02%、28.91%和29.35%（图2A ），与基因型的最终固定一致对于突变位点。每个突变体平均包含 9697个SNP (图 2B) 和 2492 InDels。10条染色体上的突变分布如图2C所示。
4.3 300 个 EMS 突变体的集合包含许多功能突变
基于参考基因组注释，750629个SNP突变中有53.90%位于基因内部，覆盖了46955个基因（占所有基因的98.27%）（图2D）。研究者在基因编码序列中检测到216054 个SNP，影响了41322 个基因（占所有基因的 86.49%）。其中，105430个SNP改变了35748个蛋白质序列，以下将其称为功能性SNP。A03突变体群体中的突变，每个基因平均包含三个功能性SNP，24705 个基因包含两个以上的功能性SNP，25524个基因包含两个以上的功能性SNP。
4.4 A03突变体群体的数据库
建立了大白菜EMS突变数据库（CCEMD，www.bioinformaticslab.cn /EMSmutation/home ），帮助研究人员有效利用A03突变种群的资源。300 个突变体的表型和基因型数据可在数据库的变异模块中获得。提供基因搜索功能，用户可以根据相应的拟南芥搜索单个A03直系同源物基因标识。检索到的A03基因ID 可用于获取突变信息，包括A03群体中携带该基因突变的所有样本和详细的基因型信息，例如突变位置、注释的突变类型和突变效果的水平。研究者还为 A03 突变群体中的单个样本提供了一个搜索工具，该工具生成了一个表格，其中包含在给定样本中携带突变的所有基因。单击表中的基因 ID 将引导用户访问基因搜索服务中提供的相同详细突变信息。为每个突变样本提供了花环和抽穗阶段突变表型的照片，帮助研究人员轻松选择感兴趣的基因和材料。
研究者在CCEMD下载模块中提供了A03突变体种群的所有数据集以供批量下载。这些数据集包括A03的基因组和基因注释，A03是衍生突变种群的野生型对照；关于群体中突变位点、相关基因和突变样本的信息；和突变基因的功能注释。研究者还提供了一个联系模块，研究人员可以通过该模块查询感兴趣的种子。
结论
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在这项研究中，使用自交系B. rapa L. ssp的种子产生了大量EMS诱变的大白菜突变体群体。pekinensis cv. A03，是一种向外弯曲的抽穗类型，具有自我相容性并可以产生大量种子。研究者对野生型A03基因组进行了测序和组装，并将其用作后续突变变异分析的参考。在幼苗、莲座丛、抽穗和开花期间对突变体的形态进行了表征阶段。进一步选择和重新测序了300个突变体，并鉴定和表征了这些突变体中的SNP和 InDels。研究者还进行了实验来证明研究者的突变体用于正向和反向遗传研究。EMS 种群作为功能基因组研究的综合遗传资源，将有助于发现复杂农艺性状的因果基因，以促进大白菜的遗传改良。
原文链接
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205222000545
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