遗传图谱

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经典案例

超高密度遗传图谱解析萝卜基因组共线性、重组位点和直根表皮颜色控制基因

An ultra-high-density genetic map provides insights into genome synteny, recombination landscape and taproot skin colour in radish (Raphanus sativus L.)

期刊:Plant Biotechnology Journal
影响因子:6.84
发表单位:南京农业大学
发表年份:2019年6月

研究背景

基于测序的高密度图谱为定位重要性状相关 QTL 提供了的坚实基础。但是萝卜中尚无可用于精细定位和标记辅助育种的有效高密度遗传图谱,且萝卜直根表皮颜色的分子遗传机制和基因组特征等尚不清楚。

方法流程

取材

1. 两个萝卜高代自交系
    NAU-LB 和 NAU-YH
2. F 2 群体137个个体

建库

350 bp 文库

测序

1. 测序平台:
    Illumina HiSeq 2500
2. 测序技术:WGS
3. 测序深度:
    亲本分别为17.3×和12.7×,
    子代的平均7.2×

分析

1. 比对参考基因组
2. 检测群体 SNP 及基因分型
3. 构建遗传图谱
4. QTL 定位、BSA 分析及候选
    基因挖掘
5. 重组热点区域分析

三、研究结果

1. 高密度遗传图谱构建

亲本间共检测到821,217个纯合(aa×bb)的多态性 SNP,群体内411,891个多态性SNP,最终遗传图谱中标记为378,738个,划分为2852个 bin,分为9个连锁群,覆盖萝卜全基因组,图谱总长度为1306.8 cM,平均密度0.46 cM。

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3. 高密度遗传图谱与萝卜参考基因组比对分析

遗传图谱覆盖80%的萝卜参考基因组(~424 Mb),2号染色体与参考基因组相比存在大片段倒置。

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5. 萝卜的重组热点区域分析

萝卜的重组热点区域与 SNP 密度、基因密度、GC 含量呈正相关,且主要分布于染色体末端。重组热点区域在外显子中的分布明显高于内含子,在转座起始和转座终止的1 Kb区域内分布频率也较高。本研究定位的 QTL 中有3个分布在重组热点区域,并预测Rs407980 为控制糖转运和根长的基因。

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2. 萝卜重要园艺性状 QTL 定位和直根表皮颜色 BSA 分析

利用遗传图谱定位到与10个园艺学性状相关的17个 QTL,定位于5个连锁群,分别解释8.1~21.2%表型变异。QTL 的定位区间在51~527 Kb范围内,平均区间为168 Kb。在遗传图谱定位结果基础上,从群体中挑选白皮和红皮萝卜各10个,进行 BSA 分析,将基因定位区间缩小为72 Kb。在这个区间内共预测了13个开放读码框(ORF), RT-PCR和 RT-qPCR 证实 RsMYB90 为控制萝卜表皮红色的候选基因。

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4. 遗传图谱与白菜型油菜(Brassica rapa)和甘蓝(Brassica oleracea)基因组共线性分析

遗传图谱2852个 bin 标记中分别有2411(84.5%)和2385(83.6%)个比对到白菜型油菜和甘蓝基因组。共线性分析显示,8号和9号染色体分别与白菜型油菜和甘蓝的8、9号染色体存在高度保守区域,其余染⾊体均不存在⼀⼀对应,说明萝卜与芸薹属从共同祖先分化之后染色体发生了重组。

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研究结论

通过全基因组测序,构建了高分辨率、高精度的高密度遗传图谱。结合 QTL 定位和图位克隆,鉴定 RsMYB90 为控制萝卜直根红皮的候选基因。RsMYB90 基因在调控花青素生物合成中起着重要作用,有助于进一步研究萝卜花青素积累的遗传调控。