寻找性状候选基因新思路:GWAS+群体进化

2017-03-13    编辑:诺禾致源

高分文章思路

GWAS+群体进化

随着GWAS统计方法的不断完善,
GWAS能够适用于大部分物种,
将GWAS与群体进化结合分析为寻找性状候选基因
提供了一种新的思路。

GWAS+群体进化的由来

全基因组关联分析(GWAS)是针对自然群体,将表型数据与基因型数据进行关联分析,
定位与目标性状相关联的基因的一种快速高效的手段。在我们所关注的性状中,
往往有一部分性状也是在长期的自然选择或者人工驯化过程中受选择的性状,
那么,这就为GWAS与群体进化相结合提供了可能。
通过GWAS与群体进化联合分析,能够更加精确的定位候选基因,
同时可以探索群体的进化历程。

GWAS+群体进化的技术路线

GWAS+群体进化的文章产出

近年来,通过GWAS+群体进化所发表的高分文章不在少数,部分通过GWAS+群体进化所发表的Nature、Science系列文章
如下表所示。

表1 近年来通过GWAS+群体进化分析所发表的部分Nature、Science系列文章

物 种 发表时间 期 刊 影响因子 原文链接
水稻 2012.10 Nature 38.138 阅读原文>>
拟南芥 2013.05 Nature Genetics 31.616 阅读原文>>
毛果杨 2014.10 Nature Genetics 31.616 阅读原文>>
番茄 2014.10 Nature Genetics 31.616 阅读原文>>
疟原虫 2015.01 Nature Genetics 31.616 阅读原文>>
大豆 2015.02 Nature Biotechnology 43.113 阅读原文>>
非洲稻 2016.08 Nature Genetics 31.616 阅读原文>>
番茄 2017.01 Science 34.616 阅读原文>>
棉花 2017.03 Nature Genetics 31.616 阅读原文>>

诺禾致源关于GWAS+群体进化分析的项目经验

诺禾致源信息分析实力雄厚,在GWAS和群体进化分析方面都有着丰富的项目经验及文章产出,涉及物种广泛,
其中不乏GWAS+群体进化的分析项目。我们始终为客户提供领先的基因组解决方案,为您的科研项目保驾护航。

表2 诺禾致源基于GWAS+群体进化分析的项目经验(部分)

类 别 群体大小 测序深度 分析内容
某作物 200 8X GWAS+群体进化
某作物 400 10X GWAS+群体进化
某作物 200 10X GWAS+群体进化
某林木 500 10X GWAS+群体进化
某林木 354 11X GWAS+群体进化
某动物 330 5X GWAS+群体进化
某动物 150 30X GWAS+群体进化

GWAS+群体进化的案例解析

Domestication history and geographical adaptation
inferred from a SNP map of African rice

期刊:Nature genetics     |     时间:2016.08     |     IF:31.616

研究背景

非洲稻(Oryza glaberrima Steud.)是与亚洲水稻(Oryza sativa L.)密切相关的谷类作物,主要种植在非洲撒哈拉以南,
对非生物胁迫具有很强的耐受性,因此备受全世界关注。

研究方法

  • 材 料

    93个传统非洲稻地方品种

  • 建库测序

    1. 380bp文库
    2. Illumina Hiseq 2500,PE100
    3. 其中4个品种测序深度从30-73X不等
    4. 其余89个平均测序深度 14.61X

  • 信息分析

    1. 数据质控
    2. 群体多态性分析及连锁不平衡分析
    3. 种群历史动态分析及基因交流分析
    4. 耐盐性状的全基因组关联分析
    5. 选择消除分析

研究结果

1. 数据质控

对下机数据进行质控,并与参考基因组Oryza glaberrima CG14进行比对,共得到381Gb的数据,鉴定出2,317,937个SNP,相当于7.32 SNPs/kb,其中,落在基因区域的SNP数为905,654个。

2. 群体多态性分析及连锁不平衡分析

本研究对93个非洲稻地方品种进行了系统进化树分析、主成分分析(PCA)、群体遗传结构分析,三者相互验证,将93个非洲稻按地理区域划分为四个亚群,分别为西北(NW)、西南(SW)、东北(NE)、东南(SE)。对群体进行连锁不平衡分析发现,当r2 = 0.15时,其连锁不平衡的衰减距离为175kb。

3. 种群历史动态分析及基因交流分析

对93个非洲稻进行基因交流分析,同时引入非洲野生稻(O.barthii)作为外群。分析结果显示,沿海和内陆的群体最先分开,后来是南方和北方的群体分开。随后,对非洲稻及非洲野生稻进行种群历史动态(PSMC)分析,结果显示,非洲稻的有效群体大小在1.3-1.5万年前为60,000个,随后一直呈递减趋势,到3,500年前,有效群体大小缩减到3,000个。其可能的原因有气候因素、非生物因素,也可能是由于栽培或者管理的介入。并且,有一些考古学的证据也支持这一结论。

图2 基因交流分析(左)和种群历史动态分析(右)

4. 耐盐性状全基因组关联分析

将耐盐性状与93个非洲稻基因数据进行全基因组关联分析(GWAS),找到了28个显著相关的SNP,定位到11个基因区域。其中与O.sativa 同源的OsHAK5 与耐盐显著相关,经qRT-PCR分析,在盐胁迫下,OsHAK5 存在显著的上调表达。

图3 耐盐性状全基因组关联分析

5. 选择消除分析

对非洲稻的NW和SW群体进行XP-CLR分析和FST 分析,并与GWAS分析结果进行比对,发现在4号染色体上,有500kb的基因区域在三种分析中发生重叠,在该区域内存在41个基因,其中PPI 基因编码肽酰脯氨酰顺反子异构酶,是胁迫反应基因家族中的一员。经qRT-PCR分析发现,PPI 基因在盐胁迫下存在显著上调表达。

图4 选择消除分析与GWAS分析重叠区域展示

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