物理誘變(射線、離子束等)和化學誘變(EMS、ENU等)是作物改良的經典手段。然而,曾經的誘變育種受限于基因組及功能基因信息的匱乏,主要依賴田間表型“盲篩”碰運氣,效率低,大部分變異性狀未發現等不確定性。
隨著功能基因組學與高通量測序技術的成熟,誘變育種已完成范式轉變:從基于表型的隨機篩選,轉變為基于基因型與序列信息的定向工程流程。
功能基因組學背景下的“定向誘變”
“定向”并非指基因編輯技術中的堿基定點修飾,而是指在明確的基因或代謝通路范圍內,利用誘變技術創制等位變異,并通過高通量靶向測序或特異性分子標記檢測高效篩選目標基因型。
舉個例子A > 株高定向改良
某小麥品種綜合性狀優異,但株高偏高,易倒伏。利用誘變技術對該品種進行大規模誘變(如1萬粒種子)后,依托M1-TDS(M1代靶向深度測序)技術定向分析
Rht基因序列,在M1代即可精準篩選攜帶目標突變的單株。然后利用分子標記輔助選擇(MAS)進行少量的回交以凈化背景,最快2年內即可獲得遺傳穩定、株高降低的改良新品系。
舉個例子B > 生育期定向改良
某大豆品種產量高、品質好,但生育期過長,不適合輪作。利用電子束射線誘變獲得2萬份突變體群體后,利用M1-TDS技術在M1代直接針對生育期關鍵基因(如
E1系列)進行測序篩選,提前鎖定突變單株;或在M2代進行大規模表型初篩(只保留生育期短的材料)。然后通過少量回交背景純化,即可快速固定短生育期性狀。
誘變育種的優勢,技術難度低(大部分作物都可應用),成本可控,操作周期短,相對于轉基因/基因編輯,無需復雜的生物安全評價流程。還有機會發現更多意想不到的表型材料。
反向遺傳學(序列→功能)
基于TILLING(定向誘導基因組局部突變技術)及其衍生技術,通過外顯子捕獲測序或全基因組重測序,建立突變體群體的基因變異數據庫,實現種質資源的數字化。基于此,研究者不再被動等待表型,而是直接在數據庫中檢索候選基因的錯義、無義或剪接位點突變,快速構建等位基因系列,進行功能驗證。
正向遺傳學(表型→位點)
針對目標表型群體,利用MutMap或QTL-seq等基于極端混池測序(BSA)的方法,可快速定位主效QTL/基因。在后續改良過程中,利用高密度分子標記或育種芯片,可高效監控回交過程中的背景回復率。這有助于通過MAS快速剔除目標位點附近的連鎖背景突變,加速遺傳背景的凈化與優良性狀的固定。
超大規模突變體庫的統計學優勢與應用
誘變育種的本質是模擬自然變異,加速點突變(SNP)、插入缺失(InDel)、結構變異(SV)及重組的發生頻率。當群體規模從幾千、上萬擴展到十萬甚至更高數量級時,將產生顯著的群體效應:
1.捕獲稀有變異: 大規模群體顯著提高發現極低頻但高價值等位變異(如特定位點單堿基突變)的概率。
2.增強統計功效: 在混池測序分析中,大樣本量能顯著提高等位基因頻率差異的信噪比,從而提高關聯分析的準確性。
在實踐中,EMS化學誘變會產生高密度的點突變,適用于構建等位基因系列及性狀微調;而離子束或快中子誘變則傾向于產生大片段的結構變異,適用于染色體工程或打破緊密連鎖。
然而,構建并維護如此高密度、大容量的突變體庫,面臨著巨大的時間成本與數據管理挑戰。這使得將突變體材料轉化為可復用的公共基礎設施成為行業發展的必然趨勢。
解決方案:作物突變體資源庫云平臺
天成未來與國內多家單位合作構建了作物突變體資源庫云平臺(https://mutant.tcuni.com),打破作物種類壁壘,提供“查詢→篩選→設計→驗證”的一站式閉環服務。
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作物突變體資源庫
https://mutant.tcuni.com
1. 多物種資源整合
覆蓋小麥、大豆、玉米、油菜等主要作物的EMS、電子束突變體庫及自然群體變異材料。
2. 多維精準檢索
支持跨品種基因ID、序列比對及染色體物理位置查詢;可結合突變類型(錯義/無義)、基因型狀態(純合/雜合)及遺傳背景進行精細化篩選。
3. 生信工具集成
平臺內置基因ID轉換、基因注釋、Blast、序列獲取、引物設計、基因組瀏覽器六大核心生信工具,無需切換平臺即可在線完成序列提取、同源比對及批量引物設計。
4. 在線閉環交付
支持批量在線下單與實時追蹤訂單,打通從“數據檢索”到“實物獲取”的流程,顯著壓縮科研等待周期。
誠邀合作 · 共建共享
平臺秉持“資源整合、開放共享”的理念,誠邀高校、科研院所及企業育種團隊加入合作網絡,共同構建從基因發掘到育種應用的完整鏈條。
?作物誘變服務:提供EMS、電子束射線誘變體系。
?核心資源共享:開放高質量突變體材料與變異數據。
?全流程技術支持:涵蓋表型鑒定至功能基因定位。
?定向改良與轉化:利用突變體加速性狀改良與育種。
?資源商業化代理:提供資源托管、推廣及銷售服務。
歡迎相關團隊聯系天成未來,共同推進作物種質創新與分子育種技術的發展。
關于天成未來
天成未來是國內最早將靶向捕獲測序技術應用于農業科學研究的企業之一,擁有超大規模的動植物基因組大數據庫。公司以數據與計算為基礎,提供分子育種檢測、種質資源鑒定、突變體庫數字化、功能基因組及生信分析服務,并自主開發了系列育種芯片與數據云平臺。
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