泛基因组测序解析野生大豆遗传多样性与重要农艺性状

2015-12-18    编辑:诺禾致源
泛基因组测序:解析野生大豆遗传多样性与重要农艺性状

 

研究背景

大豆是重要的油料和高蛋白粮饲兼用作物,近年来,我国乃至世界大豆育种难以取得突破性进展,单产停滞不前,其主要原因是目前大豆品种的遗传基础狭窄,匮乏的基因源成为制约栽培大豆育种研究的关键。野生大豆具有较强的抗逆性和繁殖能力,是栽培大豆重要的基因资源。

方法流程

样品取材

基因组测序:东北、华北、黄淮、华南、日本、韩国及俄罗斯的7株亚洲地区代表性野生大豆品种

文库类型

小片段库:180, 500 bp
大片段库:2 Kb

测序策略

Illumina HiSeq 2000

主要分析

1. 泛基因组构建
2. 变异检测及注释
3. 进化分析
4. 农艺性状基因定位

研究结果

1、7株野生大豆基因组最小为889.33 Mb。最大为1118.34 Mb,7株野生大豆基因组组装结果contig N50约7.7-26.6 Kb,scaffold N50约16.3-62.7 Kb,平均每个基因组注释出55,570个基因,其中85-90%的基因为全长基因。

2、对7个野生大豆基因组进行比较,发现它们共有59,080个基因家族(pan-genome),48.6%为7个野生大豆共享(core-genome),51.4%则仅存在于个别样本中(dispensable-genome)(图1)。

3、以栽培大豆基因组为参考,7株野生大豆分别鉴定出SNP 3.6-4.7百万个,其中0.12-0.15百万个位于编码区;InDel 0.50-0.77百万个,2,989-4,181个导致了移码;大量的变异位点(44-53%)为重测序手段未能识别出的新位点(图2)。

4、野生大豆与栽培大豆的祖先约在80万年前即发生了分化(图3);正选择分析发现栽培大豆受选择的基因多与抗旱有关,而野生大豆中受选择基因非常多样化。

5、鉴定出大量与抗逆、抗病、花期、产油量和高度等重要农艺性状相关基因和变异,例如14号染色体上一段8 Kb的片段与野生大豆抗逆和植物发育相关,野生大豆和栽培大豆开花时间的差异与开花时间调控基因SNP和InDel变异有关(图4)。

7株野生大豆共有和特有基因集

图1   7株野生大豆共有和特有基因集

大豆基因组中的遗传变异位点分布图

图2   大豆基因组中的遗传变异位点分布图

不同品种大豆进化分析

图3   不同品种大豆进化分析

 野生大豆开花时间调控基因SNP和InDel变异

图4   野生大豆开花时间调控基因SNP和InDel变异