利用TILLING和Eco-TILLING進行等位基因挖掘

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引言

等位基因挖掘已成為一種強大的方法，用於鑑定可用於改良作物性狀的新型遺傳變異。

TILLING（靶向誘導基因組區域性損傷）和Eco-TILLING（生態型靶向誘導基因組區域性損傷）是兩種廣泛用於植物等位基因挖掘的方法。這些技術依賴於使用誘變劑將隨機突變引入植物基因組，然後篩選感興趣的靶基因中的突變。

在本文中，我們將對TILLING和Eco-TILLING及其在等位基因挖掘中的應用進行詳細概述。

TILLING

TILLING最初是在2000年代初開發的，是一種快速有效地鑑定植物基因點突變的方法。

該方法依賴於使用化學誘變劑，如甲基磺酸乙酯（EMS）或N-乙基-N-亞硝基脲（ENU），將隨機突變引入植物基因組。這些誘變劑會導致DNA發生化學修飾，從而導致點突變，這些點突變可以改變基因的功能。

一旦誘變完成，就提取來自誘變植物的DNA，並篩選感興趣的靶基因中的突變。TILLING篩選通常包括靶基因的PCR擴增，然後酶切PCR產物以檢測突變的存在。

此過程通常是大規模進行的，允許在相對較短的時間內篩選數千株植物。

TILLING的一個關鍵優勢在於它能夠鑑定任何感興趣基因的突變，而不管其功能是否已知。

這使得TILLING尤其適用於鑑定難以使用其他方法研究的基因中的突變，例如那些對植物發育至關重要或參與複雜生化途徑的基因。

Eco-TILLING

Eco-TILLING是TILLING方法的改進，旨在允許篩選植物的天然種群。

該方法依賴於使用設計用於從各種植物物種擴增靶基因的PCR引物。這允許篩選大量的植物以鑑定靶基因中的突變。

在Eco-TILLING中使用天然種群比傳統的TILLING具有許多優點。

首先，它允許鑑定可能具有功能意義的天然突變。

其次，它可以幫助鑑定天然種群中存在的遺傳變異，這可用於透過育種計劃改良作物。

最後，它可以用於研究特定基因的進化歷史，這可以提供對其在不同植物物種中的功能和重要性的見解。

TILLING和Eco-TILLING的應用

TILLING和Eco-TILLING在植物研究和作物改良中具有廣泛的應用。

• 最重要的應用之一是鑑定可用於改良作物性狀（如產量、抗病性和營養成分）的新型遺傳變異。

  例如，TILLING已被用於鑑定參與植物發育和生長基因中的突變，例如那些控制開花時間或果實大小的基因。這些資訊可用於開發具有改良產量或更耐受乾旱或疾病等環境脅迫的新型作物品種。

• Eco-TILLING已被用於鑑定可用於作物改良的植物種群中的天然遺傳變異。

  例如，研究已經鑑定了與提高小麥產量、抗病性和營養成分相關的遺傳變異。這些資訊可用於開發具有改良農藝特性並更適合不同環境的新型小麥品種。

• TILLING和Eco-TILLING的另一個應用是鑑定可用於研究基因功能的突變。

• 透過鑑定感興趣基因中的突變，研究人員可以確定這些基因在植物生長和發育中所起的特定作用。這些資訊可用於開發作物改良的新策略，例如透過設計具有改變基因表達的植物。

• TILLING和Eco-TILLING還被用於研究環境脅迫對植物生長和發育的影響。例如，研究人員使用TILLING來鑑定參與植物對乾旱和高鹽度反應的基因中的突變。

• 這些資訊可用於開發更耐受這些環境脅迫的作物，這有助於提高缺水地區的作物產量。

• 最後，TILLING和Eco-TILLING可用於研究植物基因組的進化。透過比較不同植物物種中存在的遺傳變異，研究人員可以深入瞭解數百萬年來驅動基因組進化的機制。

• 這些資訊可用於開發作物改良的新策略，例如透過鑑定在不同植物物種中保守的基因，這些基因可能對植物生長和發育至關重要。

TILLING和Eco-TILLING的挑戰和侷限性

儘管TILLING和Eco-TILLING有很多優點，但它們也並非沒有挑戰和侷限性。

• 主要挑戰之一是篩選大量植物以尋找突變所需的時間和資源。在Eco-TILLING的情況下，這可能尤其困難，因為需要篩選大量的植物材料才能鑑定天然遺傳變異。

• 另一個挑戰是難以鑑定大型和複雜的基因組中的突變。在某些情況下，突變可能存在於基因組的非編碼區或難以使用PCR擴增的區域。這使得難以鑑定感興趣的靶基因中的突變。

• 最後，TILLING和Eco-TILLING受到它們僅鑑定點突變這一事實的限制。雖然點突變對於鑑定新型遺傳變異非常有用，但它們可能不足以完全理解植物生長和發育的複雜生化途徑。

因此，研究人員可能需要使用其他技術，如基因編輯或轉錄組學，才能完全瞭解特定基因的功能。

結論

TILLING和Eco-TILLING已成為植物等位基因挖掘的強大工具。這些技術允許鑑定可用於改良作物性狀（如產量、抗病性和營養成分）的新型遺傳變異。

它們還被用於研究參與植物生長和發育的基因的功能，以及環境脅迫對植物生理的影響。

雖然TILLING和Eco-TILLING存在其挑戰和侷限性，但它們仍然是植物研究人員和育種人員的重要工具。

隨著基因組學和生物資訊學的進步不斷提高我們對植物遺傳學的理解，這些技術可能會變得更有價值，可以用於開發新的和改進的作物品種。