利用TILLING和Eco-TILLING进行等位基因挖掘

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引言

等位基因挖掘已成为一种强大的方法，用于鉴定可用于改良作物性状的新型遗传变异。

TILLING（靶向诱导基因组局部损伤）和Eco-TILLING（生态型靶向诱导基因组局部损伤）是两种广泛用于植物等位基因挖掘的方法。这些技术依赖于使用诱变剂将随机突变引入植物基因组，然后筛选感兴趣的靶基因中的突变。

在本文中，我们将对TILLING和Eco-TILLING及其在等位基因挖掘中的应用进行详细概述。

TILLING

TILLING最初是在2000年代初开发的，是一种快速有效地鉴定植物基因点突变的方法。

该方法依赖于使用化学诱变剂，如甲基磺酸乙酯（EMS）或N-乙基-N-亚硝基脲（ENU），将随机突变引入植物基因组。这些诱变剂会导致DNA发生化学修饰，从而导致点突变，这些点突变可以改变基因的功能。

一旦诱变完成，就提取来自诱变植物的DNA，并筛选感兴趣的靶基因中的突变。TILLING筛选通常包括靶基因的PCR扩增，然后酶切PCR产物以检测突变的存在。

此过程通常是大规模进行的，允许在相对较短的时间内筛选数千株植物。

TILLING的一个关键优势在于它能够鉴定任何感兴趣基因的突变，而不管其功能是否已知。

这使得TILLING尤其适用于鉴定难以使用其他方法研究的基因中的突变，例如那些对植物发育至关重要或参与复杂生化途径的基因。

Eco-TILLING

Eco-TILLING是TILLING方法的改进，旨在允许筛选植物的天然种群。

该方法依赖于使用设计用于从各种植物物种扩增靶基因的PCR引物。这允许筛选大量的植物以鉴定靶基因中的突变。

在Eco-TILLING中使用天然种群比传统的TILLING具有许多优点。

首先，它允许鉴定可能具有功能意义的天然突变。

其次，它可以帮助鉴定天然种群中存在的遗传变异，这可用于通过育种计划改良作物。

最后，它可以用于研究特定基因的进化历史，这可以提供对其在不同植物物种中的功能和重要性的见解。

TILLING和Eco-TILLING的应用

TILLING和Eco-TILLING在植物研究和作物改良中具有广泛的应用。

• 最重要的应用之一是鉴定可用于改良作物性状（如产量、抗病性和营养成分）的新型遗传变异。

  例如，TILLING已被用于鉴定参与植物发育和生长基因中的突变，例如那些控制开花时间或果实大小的基因。这些信息可用于开发具有改良产量或更耐受干旱或疾病等环境胁迫的新型作物品种。

• Eco-TILLING已被用于鉴定可用于作物改良的植物种群中的天然遗传变异。

  例如，研究已经鉴定了与提高小麦产量、抗病性和营养成分相关的遗传变异。这些信息可用于开发具有改良农艺特性并更适合不同环境的新型小麦品种。

• TILLING和Eco-TILLING的另一个应用是鉴定可用于研究基因功能的突变。

• 通过鉴定感兴趣基因中的突变，研究人员可以确定这些基因在植物生长和发育中所起的特定作用。这些信息可用于开发作物改良的新策略，例如通过设计具有改变基因表达的植物。

• TILLING和Eco-TILLING还被用于研究环境胁迫对植物生长和发育的影响。例如，研究人员使用TILLING来鉴定参与植物对干旱和高盐度反应的基因中的突变。

• 这些信息可用于开发更耐受这些环境胁迫的作物，这有助于提高缺水地区的作物产量。

• 最后，TILLING和Eco-TILLING可用于研究植物基因组的进化。通过比较不同植物物种中存在的遗传变异，研究人员可以深入了解数百万年来驱动基因组进化的机制。

• 这些信息可用于开发作物改良的新策略，例如通过鉴定在不同植物物种中保守的基因，这些基因可能对植物生长和发育至关重要。

TILLING和Eco-TILLING的挑战和局限性

尽管TILLING和Eco-TILLING有很多优点，但它们也并非没有挑战和局限性。

• 主要挑战之一是筛选大量植物以寻找突变所需的时间和资源。在Eco-TILLING的情况下，这可能尤其困难，因为需要筛选大量的植物材料才能鉴定天然遗传变异。

• 另一个挑战是难以鉴定大型和复杂的基因组中的突变。在某些情况下，突变可能存在于基因组的非编码区或难以使用PCR扩增的区域。这使得难以鉴定感兴趣的靶基因中的突变。

• 最后，TILLING和Eco-TILLING受到它们仅鉴定点突变这一事实的限制。虽然点突变对于鉴定新型遗传变异非常有用，但它们可能不足以完全理解植物生长和发育的复杂生化途径。

因此，研究人员可能需要使用其他技术，如基因编辑或转录组学，才能完全了解特定基因的功能。

结论

TILLING和Eco-TILLING已成为植物等位基因挖掘的强大工具。这些技术允许鉴定可用于改良作物性状（如产量、抗病性和营养成分）的新型遗传变异。

它们还被用于研究参与植物生长和发育的基因的功能，以及环境胁迫对植物生理的影响。

虽然TILLING和Eco-TILLING存在其挑战和局限性，但它们仍然是植物研究人员和育种人员的重要工具。

随着基因组学和生物信息学的进步不断提高我们对植物遗传学的理解，这些技术可能会变得更有价值，可以用于开发新的和改进的作物品种。