项目文章|三代CCS组装助力同源四倍体苜蓿基因组破译
2020.05.21

2020年5月19日,知名学术期刊Nature Communications发表了由中国科学家合作完成的同源四倍体苜蓿基因组研究成果。该研究首次破译了我国特有品种“新疆大叶”紫花苜蓿的四倍体基因组,并进一步开发了基于CRISPR/Cas9的基因编辑技术体系安诺基因在此研究中提供了三代PacBio CCS建库测序服务。

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紫花苜蓿是世界上适应性最广、分布面积最大、种植最早的优质牧草,被称为“牧草之王”。但由于其属于同源多倍体,基因组信息复杂,以及自交不亲和等特点,紫花苜蓿数量性状研究难度较大,育种工作受阻。本研究中,研究者利用三代PacBio CCS测序组装获得约3.15 Gb大小的基因组,contig N50为459 kb,基因组大小与流式检测和k-mer分析预估一致。进一步利用ALLHiC算法结合Hi-C测序数据成功将基因组草图挂载到32条染色体上,获得单倍体型的基因组序列。

单倍体水平的高质量参考基因组为后续利用CRISPR/Cas9系统进行精准的基因编辑提供了有利的条件。研究者结合基因组信息进行了CRISPR/Cas9的基因编辑体系设计与测试,在研究中首先选择了PDS基因作为靶标,PDS基因突变会导致出现肉眼可见的、严重的植株白化和矮化现象。对植株进行载体转化后,经过筛选,成功鉴定到了四套PDS基因全部被编辑的突变体,转化植株也展示出了相应的矮化和白化表型。随后对PALM1基因也进行了编辑实验,转化体系测试也非常成功,能够获得多叶型紫花苜蓿材料并且能够稳定遗传到下一代。

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1 CRISPR/Cas9介导的基因组编辑体系设计及转化结果



文章小结

该研究首次基于高质量的PacBio CCS reads完成了紫花苜蓿同源四倍体的基因组组装,并基于此开发了CRISPR/Cas9的基因编辑体系,使紫花苜蓿的精准分子育种策略成为可能,为加速苜蓿品种培育和牧草产业发展提供重要价值!


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参考文献:

Chen, H., Zeng, Y., Yang, Y. et al. Allele-aware chromosome-level genome assembly and efficient transgene-free genome editing for the autotetraploid cultivated alfalfa[J]. Nat Commun 11, 2494 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-16338-x.