泛基因組測序解析野生大豆遺傳多樣性與重要農藝性狀

2015-12-18    編輯:諾禾致源
泛基因組測序:解析野生大豆遺傳多樣性與重要農藝性狀

 

研究背景

大豆是重要的油料和高蛋白糧飼兼用作物,近年來,我國乃至世界大豆育種難以取得突破性進展,單產停滯不前,其主要原因是目前大豆品種的遺傳基礎狹窄,匱乏的基因源成為制約栽培大豆育種研究的關鍵。野生大豆具有較強的抗逆性和繁殖能力,是栽培大豆重要的基因資源。

方法流程

樣品取材

245棋牌基因組測序:東北、華北、黃淮、華南、日本、韓國及俄羅斯的7株亞洲地區代表性野生大豆品種

文庫類型

小片段庫:180, 500 bp
大片段庫:2 Kb

測序策略

Illumina HiSeq 2000

主要分析

1. 泛基因組構建
2. 變異檢測及注釋
3. 進化分析
4. 農藝性狀基因定位

研究結果

245棋牌1、7株野生大豆基因組最小為889.33 Mb。最大為1118.34 Mb,7株野生大豆基因組組裝結果contig N50約7.7-26.6 Kb,scaffold N50約16.3-62.7 Kb,平均每個基因組注釋出55,570個基因,其中85-90%的基因為全長基因。

245棋牌2、對7個野生大豆基因組進行比較,發現它們共有59,080個基因家族(pan-genome),48.6%為7個野生大豆共享(core-genome),51.4%則僅存在于個別樣本中(dispensable-genome)(圖1)。

245棋牌3、以栽培大豆基因組為參考,7株野生大豆分別鑒定出SNP 3.6-4.7百萬個,其中0.12-0.15百萬個位于編碼區;InDel 0.50-0.77百萬個,2,989-4,181個導致了移碼;大量的變異位點(44-53%)為重測序手段未能識別出的新位點(圖2)。

245棋牌4、野生大豆與栽培大豆的祖先約在80萬年前即發生了分化(圖3);正選擇分析發現栽培大豆受選擇的基因多與抗旱有關,而野生大豆中受選擇基因非常多樣化。

5、鑒定出大量與抗逆、抗病、花期、產油量和高度等重要農藝性狀相關基因和變異,例如14號染色體上一段8 Kb的片段與野生大豆抗逆和植物發育相關,野生大豆和栽培大豆開花時間的差異與開花時間調控基因SNP和InDel變異有關(圖4)。

7株野生大豆共有和特有基因集

245棋牌圖1   7株野生大豆共有和特有基因集

大豆基因組中的遺傳變異位點分布圖

圖2   大豆基因組中的遺傳變異位點分布圖

不同品種大豆進化分析

圖3   不同品種大豆進化分析

 野生大豆開花時間調控基因SNP和InDel變異

圖4   野生大豆開花時間調控基因SNP和InDel變異