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      百邁客Nature,Genetics芥菜基因組文章解讀

      佚名 2024-06-03 02:23:51

      2016年09月11日訊 Nature Genetics 在線發(fā)表由浙江大學(xué)種質(zhì)創(chuàng)新和分子育種檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的張明方教授

      、楊景華老師與北京百邁客生物科技有限公司
      、中國(guó)農(nóng)業(yè)部園藝植物生長(zhǎng)發(fā)育與品質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
      、浙江園藝植物綜合生物學(xué)省級(jí)實(shí)驗(yàn)室
      、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜和花卉研究所、北京蔬菜研究中心
      、西澳大利亞大學(xué)等合作研究的異源四倍體芥菜基因組
      ,小編在此為大家深入的解讀下這篇文章。

      、研究背景

      異源四倍體芥菜(AABB)屬于十字花科蕓薹屬

      ,是重要經(jīng)濟(jì)作物,主要包括菜用和油用芥菜兩大類群,種植范圍較廣
      ,經(jīng)濟(jì)價(jià)值較大
      。菜用芥菜主要分布在中國(guó)等東亞國(guó)家和地區(qū),油用芥菜主要分布在印度等南亞國(guó)家和地區(qū)
      。芥菜是"禹氏三角"中重要的一員
      ,由白菜和黑芥雜交后加倍而來(lái),至少發(fā)生了三次古多倍化事件
      ,因此非常具有研究?jī)r(jià)值
      。但是由于其為異源多倍體,相關(guān)的全基因組測(cè)序工作一直很難開(kāi)展
      。來(lái)自浙江大學(xué)
      、北京百邁客等單位的團(tuán)隊(duì)共同合作,利用最新的測(cè)序技術(shù)(PacBio+BioNano)
      ,成功的組裝出高質(zhì)量的芥菜基因組圖譜
      ,為進(jìn)一步改良芥菜的農(nóng)藝性狀提供了基礎(chǔ),為多倍體物種遺傳育種提供了新的方向
      。同時(shí)
      ,也從多角度論證了芥菜A亞基因組起源問(wèn)題,揭示了多倍體亞基因組間同源基因表達(dá)與選擇機(jī)制

      二、研究方法

      1

      、組裝

      基于文章設(shè)計(jì)

      ,我們選取菜用芥菜的一個(gè)變種(榨菜),使用二代測(cè)序和三代測(cè)序相結(jié)合的方法進(jìn)行初步組裝
      ,然后利用光學(xué)圖譜進(jìn)行校正
      ,得到了一版高質(zhì)量的芥菜基因組,其中contig N50 由 28Kb 提升到61Kb
      ,scaffold N50 由710k 提升到1.5Mb.基因組完整性達(dá)到85%
      。另外我們還利用二代測(cè)序技術(shù)組裝了一版黑芥的基因組,基因組大小為591Mb
      ,完整度為68%

      然后利用遺傳圖和光學(xué)圖譜對(duì)A、B亞基因組進(jìn)行區(qū)分

      ,整體掛載效果非常好
      ,A為91.48%,B為72.32%
      。利用光學(xué)圖譜和遺傳圖譜對(duì)基因組進(jìn)行區(qū)分
      ,為其他多倍體物種基因組研究提供了參考。

      2、基因組注釋情況

      在高質(zhì)量的基因組的情況下

      ,我們采用從頭+同源+轉(zhuǎn)錄組結(jié)合的方法在芥菜基因組中獲得了80050個(gè)編碼蛋白的基因
      ,其中有97.8%的基因可以注釋到Nr庫(kù)。另外黑芥基因組預(yù)測(cè)出來(lái)49826個(gè)編碼蛋白的基因
      ,其中94.7%可以注釋到Nr
      。重復(fù)序列部分芥菜A基因組中重復(fù)序列比例為44.25%,B為52.37%

      、研究結(jié)果

      1、芥菜A亞基因組起源問(wèn)題

      芥菜的基因組是異源四倍體(AABB)

      ,在"禹氏三角"中由白菜(AA)
      ,黑芥(BB)雜交后加倍形成,在演化過(guò)程中變異類型非常豐富
      。問(wèn)題是油用芥菜的AA和菜用芥菜的AA是來(lái)自同一個(gè)亞種
      ,還是來(lái)自多個(gè)亞種呢,這個(gè)問(wèn)題就是A亞基因組的起源問(wèn)題

      我們對(duì)10個(gè)菜用的芥菜

      、7個(gè)油用的芥菜,5個(gè)甘藍(lán)型油菜基因組
      、27個(gè)白菜基因組(多亞種)進(jìn)行了重測(cè)序分析
      ,并繪制中的進(jìn)化樹(shù)。從b圖中可以看到芥菜全部聚在一起
      ,沒(méi)有出現(xiàn)分散的情況
      ,說(shuō)明芥菜中A的基因組是來(lái)源于同一個(gè)亞種,屬于單系起源

      除了從群體的角度研究了芥菜亞基因組A起源問(wèn)題

      ,還從PCA聚類和Fixed SNP角度驗(yàn)正了單系起源的結(jié)論。

      2

      、基因表達(dá)的dominance現(xiàn)象

      由于芥菜基因組是異源四倍體

      ,也就是說(shuō)基因組中存在兩套非常相似的亞基因組,那么在基因表達(dá)的過(guò)程中
      ,位于兩套亞基因組上的等位基因的表達(dá)模式是怎么樣的呢
      ,是一起表達(dá),是相互抑制
      ,還是一方占主導(dǎo)

      通過(guò)計(jì)算等位基因的表達(dá)量,發(fā)現(xiàn)在不同的時(shí)期

      ,不同組織之間
      ,發(fā)現(xiàn)存在dominance基因
      ,存在dominance的基因經(jīng)受的選擇壓力大于Neutral基因(不存在dominance現(xiàn)象,功能非常重要
      ,純化作用較強(qiáng)
      ,不輕易突變),但是小于Subordinate基因(作用不重要
      ,純化作用較小
      ,易丟失)。

      3

      、油用芥菜和菜用芥菜的選擇與分化

      通過(guò)菜用和油用芥菜群體進(jìn)行選擇清除分析

      ,發(fā)現(xiàn)dominance的基因被篩選出來(lái)的比例較高,同時(shí)結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)
      ,這部分基因在油用和菜用兩個(gè)群體中差異表達(dá)
      。同時(shí)通過(guò)上面的分析發(fā)現(xiàn)與硫苷,脂類代謝顯著相關(guān)并且存在dominance的基因組
      ,這些基因在油用菜用群體中有各自獨(dú)特基因分型

      四、文章亮點(diǎn)

      1. 多倍體復(fù)雜基因組解決方案:二代+三代+光學(xué)

      ,組裝出高質(zhì)量復(fù)雜基因組

      2. 多個(gè)角度證據(jù)解決芥菜亞基因組A亞基因組單系起源/雜交起源爭(zhēng)論:Asubgenome phylogenetic tree,PCA, polymprphism and fixed SNP

      3. 通過(guò)構(gòu)建群體模型及貝葉斯方法評(píng)估多倍體芥菜形成時(shí)間上下限

      ,為新多倍體物種形成時(shí)間估算提供新方法;

      4. 從不同發(fā)育時(shí)期

      ,不同組織
      ,不同處理?xiàng)l件,不同進(jìn)化時(shí)期多個(gè)角度系統(tǒng)分析異源多倍體dominance 現(xiàn)象

      5. 通過(guò)油用菜用群體選擇角度識(shí)別vegetable- and oil- use B. juncea 分化選擇區(qū)域,發(fā)現(xiàn)與硫苷

      ,脂類代謝顯著相關(guān)并且存在dominance的基因組
      ,這些基因在油用菜用群體中有各自獨(dú)特基因分型;

      6. 首次找到dominance gene 與潛在農(nóng)藝性狀選擇相關(guān)性的證據(jù)

      ,為多倍體物種遺傳育種提供了新的方向和基因候選材料

      本文地址:http://www.mcys1996.com/jiankang/299336.html.

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