naica®微滴芯片數字PCR系統在檢測西瓜種質間CITST2基因差異的應用

導讀

西瓜 (Citrullus lanatus, 2n=22)是世界第三大水果，是世界各地種植的重要經濟作物，也是一種受歡迎的新鮮水果，含有糖、番茄紅素和瓜氨酸等有益人體健康的化合物。研究人員通過雜交開發了大量西瓜品種以滿足消費者的偏好。但長期栽培和對果實品質性狀的篩選，不同地理區域采集的栽培西瓜顯示出較低的遺傳多樣性，因此需要更多的遺傳種質資源用于可持續生產西瓜的創新品種。

參考基因組對于性狀和基因發現是必不可少的。西瓜基因組測序工作始于十幾年前。除西瓜基因組初稿外，自2019年以來已經發布了三個高質量的西瓜參考基因組。然而，每個基因組仍然不完整，存在許多空白。高質量的參考基因組與從相同遺傳庫產生的突變體數據相結合，將有助于發現和分離遺傳和育種所需的突變體。無缺口參考基因組是基因組組裝的最終目標，為識別“暗物質”區域中的獨特基因和結構變異帶來了新的機會。

北京大學高等農業科學研究所科研人員在Molecular Plant（最新JCR分區Q1，影響因子21.9496）上發表了題為《A telomere-to-telomere gap-free reference genome of watermelon and its mutation library provide important resources for gene discovery and breeding》的文章。研究者使用西瓜優良近交系G42組裝了一個T2T（telomere-to-telomere）無缺口參考基因組，彌補了當前可用參考基因組中所有剩余的組裝缺口。通過基因組信息比對識別了甜西瓜種質中一個包含ClTST2（液泡膜糖轉運蛋白）基因的17.5 kb串聯重復序列(sv04611)。該研究應用naica^®微滴芯片數字PCR系統對西瓜CITST2基因的拷貝數進行檢測，證實了不同西瓜種質之間CITST2基因拷貝數存在差異，甜西瓜種質中CITST2基因的拷貝數增加可能是造成糖含量增加的原因。

應用亮點：

▶  使用naica^®微滴芯片數字PCR系統對甜西瓜和不甜西瓜種質之間CITST2基因拷貝數的差異進行準確定量。

▶ 甜西瓜和不甜西瓜種質中CITST2基因分別為兩個拷貝和單個拷貝。

▶ CITST2基因的拷貝數變異可能會改變西瓜糖含量。

G42基因組組裝比其他參考基因組組裝具有更高的完整性和準確性，為更準確地描述基因結構變異（SVs）提供了更多的數據支撐。數字PCR技術已被證明可以靈敏可靠地檢測拷貝數變異的核酸絕對定量工具。該研究采用naica^®微滴芯片數字PCR系統精確定量不同西瓜種質之間CITST2基因拷貝數的差異，驗證了無缺口參考基因組識別SVs的準確性。

研究成果：

本研究成功組裝出G42 西瓜的T2T無缺口參考參考基因組，包括所有22個端粒和11個著絲粒的信息。利用無缺口參考基因組數據，研究者識別了甜西瓜種質（97103和G42）sv04986結構中一個包含ClTST2基因的17.5 kb串聯重復序列(sv04611)。這是不甜西瓜種質（PI 595203和PI 296341-FR）基因組中不存在的。ClTST2基因編碼一種定位于液泡的糖轉運蛋白，其表達與西瓜果肉中的糖積累呈正相關。

▲圖1. (A)sv04986 結構在甜西瓜（97103和 G42）和不甜西瓜（PI 595203和PI 296341-FR）種質中含有 ClTST2 基因。甜西瓜種質中存在一個17.5kb的串聯重復序列sv04611，包含2bp的CA插入突變。紅色箭頭代表引物 ClTST2-R8/ClTST2-F3的位置。(B)使用ClTST2-R8/ ClTST2 -F3 引物擴增四個西瓜種質DNA 樣本的結果。

隨后作者使用naica^®微滴芯片數字PCR系統對甜西瓜和非甜西瓜種質之間CITST2基因拷貝數的差異進行了準確定量。FAM通道僅能檢測到存在CA插入突變的區域。HEX通道用于檢測ClTST2基因。CY5通道檢測的是西瓜中的單拷貝內參基因Actin。當CITST2基因為雙拷貝時，FAM/HEX/CY5拷貝數比約為1:2:1。當CITST2基因為單拷貝時，FAM/HEX/CY5拷貝數比約為0:1:1。數據顯示兩個不甜西瓜的種質僅包含單拷貝CITST2基因，而甜西瓜種質在包含兩個拷貝CITST2基因。

▲表1.利用dPCR技術估算甜和不甜西瓜種質中CITST2基因拷貝數

原文鏈接如下：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(22)00192-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1674205222001927%3Fshowall%3Dtrue

期刊介紹：

Molecular Plant (《分子植物》)是由中科院上海生命科學研究院植物生理生態研究所（IPPE）與中國植物生理與植物分子生物學學會（CSPP）主辦，中科院上海生命科學信息中心生命科學期刊社承辦的學術期刊，創刊于2008年。2022最新JCR分區Q1，影響因子21.9496。