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市场动态MARKET DYNAMICS

三篇重测序,一个模样!

发布时间:2019-5-24 9:30:44阅读次数: .html 次分享到:

        随着越来越多的物种基因组被发表,如何有效的利用这些种质资源,开发挖掘经济作物的遗传多样性信息是生物工作者不遗余力解决的事情,而测序成本的不断降低,进一步推动全基因组层面解析作物品种的遗传变异模式、种群结构、连锁不平衡及未利用的作物改良遗传潜力,从而助力标记辅助育种,培育出产量和气候适应性都较强的新品种。那么这些工作都是如何开展的呢?下面我们就从最近三篇高分重测序文章的汇总整理,来一窥其研究的套路模式。


前情提要——文章流程图



样本收集



图1.1鹰嘴豆、葡萄、甘蓝型油菜样本选择                                                图1.2鹰嘴豆样本分布                                                               图1.3甘蓝型油菜样本分布


测    序


图2.1鹰嘴豆、葡萄、甘蓝型油菜测序数据统计                                         图2.2鹰嘴豆测序数据统计                                                              图2.3甘蓝型油菜测序数据统计


系统进化、群体结构分析


基于鹰嘴豆样本的群体差异指数((F index, Fst)和多样性指数(π、ω)分析,证实了瓦维洛夫假说:“新月沃地和地中海是鹰嘴豆的第一起源中心,南亚和埃塞俄比亚是其第二起源中心。”推测鹰嘴豆最初起源于地中海/新月沃土,到南亚(印度),然后到达东非和中亚,再由中亚或东非,迁种到美洲,而美洲的鹰嘴豆种植者很可能是由于殖民时期,从西班牙获得的种子。


图3.1鹰嘴豆群体结构分析和主成分分析


基于优化模型GTR + F + ASC + R5、GTR + F + ASC + R7和+ F + ASC + TVM,对样本SNP集进行分析,揭示甘蓝型油菜与欧洲芜菁近缘关系,但与拉帕型油菜亲缘关系较远。印证甘蓝型油菜A亚基因组是从欧洲芜菁的祖先进化而来的,大约发生在106万年前。甘蓝型油菜C亚基因组起源于4个甘蓝亚种祖先(大头菜、羽衣甘蓝、花椰菜和西兰花)的分化。根据甘蓝型油菜进化历史以及主成分分析、群体结构分析,表明在4个甘蓝亚种祖先中,甘蓝型油菜与大头菜亲缘关系最近,同时C亚基因组的起源结构比A亚基因组更为复杂。


图3.2.1甘蓝型油菜进化树

图3.2.2甘蓝型油菜群体结构分析和主成分分析


系统发育分析显示,葡萄品种主要分类为野生北美葡萄品种(WNA)、野生东亚葡萄品种(WEA)、野生欧洲葡萄品种(WEU)和驯化葡萄品种(CEU)。其中野生北美种与欧亚葡萄种是姊妹种,欧亚种分支包含野生东亚、野生欧洲和驯化葡萄品种,在欧亚葡萄种中,野生欧洲葡萄是驯化葡萄种的姊妹种,而驯化葡萄种作为一个整体又是野生东亚葡萄种的姊妹种。主成分分析(PCA)显示,葡萄品种间存在显著的遗传多样性,东亚和北美野生种在遗传背景上具有比欧亚种更多的相似性,种间杂交葡萄品种分布在其他葡萄品种之间,大多数驯化葡萄种在主成分分析图中紧密聚集,但从群体机构分析中显示出它们具有明显的高遗传异质性。


图3.3.1野生北美葡萄种和野生东亚葡萄种进化树



图3.3.2葡萄群体结构分析和主成分分析



连锁不平衡分析


育种系的连锁不平衡衰减速度(~ 320kb)要慢于地方种(~ 180kb)和优良品种(~ 190kb)。不同类群鹰嘴豆的染色体连锁不平衡衰减从~100 ~425 kb不等。总的来说,研究鹰嘴豆的连锁不平衡衰减速度与栽培大豆(150kb)相似,但比谷类作物慢(水稻<10 kb,籼稻65 kb,高粱自交系19.7 kb和玉米<1 kb),可能由于育种过程中定向选择和作物的自花授粉性质导致的。


图4.1鹰嘴豆连锁不平衡衰减速度


甘蓝型油菜进化过程中两个亚基因组都出现了一个强烈波动。冬季型油菜的LD衰减强于春季型和半冬季型。


图4.2甘蓝型油菜连锁不平衡衰减速度


与驯化葡萄品种相比,欧洲野生葡萄品种的LD衰减相对较慢;与欧洲野生葡萄品种相比,北美野生葡萄品种和东亚野生葡萄品种的LD衰减速度更快。


图4.3葡萄连锁不平衡衰减速度




选择性消除分析


大约80%的遗传多样性在鹰嘴豆驯化期间丢失:基于多样性衰减(ROD)和种群差异指数(Fst),鉴定出122个候选区域,其中涉及204个候选基因,大多与胁迫反应相关:DNA修复、蛋白激酶活性、种子发育、发芽和花的发育等。

图5.1鹰嘴豆选择性消除分析

甘蓝型油菜的改良过程分为两个阶段:第一个阶段(FSI)是野生甘蓝型油菜向地方品系转化的过程,第二个阶段(SSI)是地方品系向栽培品系转化的过程。基于多样性指数(π)分析,FSI时期C亚基因丢失的遗传多样性显著高于C亚基因,而SSI期间发生的遗传分化比FSI期间少,可能跟甘蓝型油菜育种史上广泛使用无芥酸品种Liho和低芥酸盐品种Bronowski培育零芥酸和低芥酸盐品种有关。基于多样性衰减(ROD)和种群差异指数(Fst),鉴定出A和C亚基因组中的66个和44个选择区域,包含对应的1522个和811个候选基因,涉及脱落酸代谢过程、免疫调节反应、分生组织分化、不饱和脂肪酸生物合成过程、甘油三酸酯生物合成过程、萜类化合物代谢过程和花序生长等。


图5.2甘蓝型油菜选择性消除分析


基于核苷酸多样性指数(π)分析,野生欧洲葡萄种遗传多样性低于驯化葡萄种,在驯化葡萄种中鉴定到1016个候选基因,涉及免疫反应,细胞凋亡,果糖代谢过程;在野生葡萄种中鉴定到348个候选基因,显著关联大分子代谢、芳香化合物合成、茉莉酸代谢途径。

图5.3葡萄选择性消除分析


全基因组关联分析(GWAS)


针对20个与干旱、高温胁迫相关性状,收集1-6个地区内(印度三个,埃塞俄比亚)的1-6季时间段的272份鹰嘴豆样本,采用GLM/ CMLM、EMMAX和FarmCPU统计方法进行全基因组关联分析,筛选到262个候选标记和基因(如TIC、REF6、天冬氨酸蛋白酶、cc-NBS-LRR、RGA3)。

图6.1鹰嘴豆全基因组关联分析

针对11个重点性状,使用随机混合线性模型分析,共鉴定出与10个目标性状显著相关的60个候选区域:与种子产量相关的5个,与纤毛长度相关的3个,与含油量相关的4个,与种子品质相关的48个,与开花时间相关的3个。

图6.2甘蓝型油菜全基因组关联分析

针对24个表型差异,寻找与目标性状(果实形状、种子数、花序、果实蔗糖含量、果实酸含量)显著相关的候选区域,但除了果实形状是与SNP信号相关外,其他关联性状区域都不明显,表明葡萄仍需要更大的样本量数据来支撑性状关联分析。


图6.3葡萄全基因组关联分析



结    论

        为了解xxx的起源和改良历史提供了宝贵的资源,有助于对xxx重要农艺性状的遗传基础进行分析。与有利的变异、选择信号和候选基因相关的显著SNPs,将为进一步提高近异源多倍体作物及其近缘作物的产量、种子质量、含油量和适应性提供有价值的资源。

小    结

        看完这里,是不是发现三篇文章跟一个模子刻出来的一样呢?是不是也想摩拳擦掌跃跃欲试呢?好玩的现金棋牌集先进的生信分析计算平台,全方位为您助力重测序相关研究,期望与各领域的专家合作,制定最优的解决方案,提供快速、准确、专业的服务,共同迎接生命科学研究中的挑战。




参考文献:

,,, eal.Resequencing of 429 chickpea accessions from 45 countries provides insights into genomediversity, domestication and agronomic traits. 2019.5

, eal.Wholegenome resequencing of 472 Vitis accessions for grapevine diversity and demographic history analyses..2019.3.13

, eal.Wholegenome resequencing reveals Brassica napus origin and genetic loci involved inits improvement. 2019.3.11






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