PNAS在线发表MS1的图位克隆工作--方法值得借鉴

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我们言归正传，昨天PNAS在线发表题为“Poaceae-specific MS1 encodes a phospholipid-binding protein for male fertility in bread wheat”的研究论文，也即克隆了小麦雄性不育MS1基因并进行了深入的研究。北京大学邓兴旺教授、何航副研究员和首都师范大学马力耕为该论文的共同通讯作者。

在玉米和水稻上杂种优势已经得到利用，而小麦上应用较少。想要大面积推广，优异小麦雄性不育系的选育至关重要。目前为止小麦上有5个雄性不育位点被报道，ms1和ms5是隐性突变，Ms2，Ms3和Ms4是显性突变。今年开始国内外科学家陆续克隆了小麦Ms2和Ms1基因。2017年4月山东农业大学付道林团队(Nat Commun:山东农大付道林研究组成功克隆小麦雄性不育基因 )和中国农业科学院贾继增团队(Nat Commun:农科院作科所贾继增和孔秀英研究组成功克隆与解析小麦太谷核不育基因Ms2)分别发表了小麦Ms2基因克隆和鉴定工作。Ms2已经被广泛的用于小麦育种。另外，刚过去的10月份，澳大利亚的一个团队也报道了MS1的克隆工作（Nature Communications上发表小麦雄性不育基因Ms1的研究论文--或许对正在图位克隆的人有所启示 ），但今天的这篇文章做的更细致，进一步加深我们对Ms1的认识。

本文结合MutMap和传统图位克隆方法(MutMap-based cloning)克隆小麦隐性雄性不育基因Ms1，发现Ms1是一个新进进化而来的基因，只存在于禾本科植物中，其它被子植物基因组中存在分别对应于Ms1 3'和5'序列的基因，表明 Ms1基因是在禾本科植物进化过程中通过基因融合形成的一个新基因。

Ms1只在小孢子母细胞特异表达，突变之后会导致小孢子发生过程中有丝分裂障碍，继而导致雄性不育。Ms1在4A和4D上的同源基因由于其启动子被甲基化修饰，导致这两个同源基因被沉默，而在A和D祖先乌拉尔图小麦和节节麦中，以及AABB四倍体小麦中均与Ms1表达模式相似，表明在六倍体小麦形成过程中来自A和D基因组中的同源基因表达被沉默，只有Ms1基因特异性地在小孢子母细胞中表达。这也是Ms1突变体有表型的主要原因。转化Ms-A1可以恢复ms1g突变体的不育表型，表明小麦基因组中Ms-A1基因功能与Ms1基因相似，只是在普通小麦里Ms-A1和Ms-D1被沉默。

进一步研究发现，Ms1蛋白定位于质体和线粒体外膜，其中的信号肽负责Ms1蛋白由合成部位转移到内质网，跨膜域负责Ms1蛋白由内质网定位到质体和线粒体外膜；Ms1蛋白特异结合磷脂酸和磷酸化的磷脂酰肌醇，表明磷脂酸和磷脂酰肌醇由合成部位内质网转移到质体和线粒体对小孢子发生有重要作用。

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值得注意的是，在定位时，本研究首先使用RNA_seq的方式初定位基因，由于小麦基因组巨大以及高度相似的3个亚基因组，尽管此时Ms1的变异已经检测到，但仍然不能锁定某个基因（理论上也应该被检测到）。有能力的小伙伴可以下载原始数据比对最新的中国春1.0版本，看能否直接锁定基因。

由于不能锁定基因和进一步缩小区间，本研究对ms1e突变体和野生型进行了全基因组重测序，各测了大概520Gbp的数据，然后mapping至w7984以及TGAC基因组上，使用重测序获得的标记最终将基因锁定在198-kb的物理区间内，该区间预测有9个基因。进一步利用其它EMS突变体将基因锁定为C6，至此克隆完成。所有数据存放在NCBI上，SRA编号SRP113349.

如果此时使用1.0版本的基因组去做，会不会很顺利地锁定基因？甚至不用进行全基因组重测序。后面有小伙伴做的话，一定要将结果告诉我们。

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