2017-04-26
隨著測序(xu)技(ji)術的(de)(de)(de)發展(zhan)，越來越的(de)(de)(de)物種的(de)(de)(de)基(ji)因組(zu)(zu)數據相繼發表。一般覺(jue)得(de)基(ji)因組(zu)(zu)方面的(de)(de)(de)文章具(ju)有(you)時間效應，第一個發布的(de)(de)(de)基(ji)因組(zu)(zu)數據會搶占(zhan)一定先機。但是也不是絕對的(de)(de)(de)，后續的(de)(de)(de)研(yan)究仍(reng)有(you)可能(neng)發表高質量的(de)(de)(de)文章。今天小(xiao)編(bian)就分享(xiang)一個藜麥基(ji)因組(zu)(zu)的(de)(de)(de)案例。
藜麥(mai)（Chenopodium quinoa）抗(kang)逆性強，種子(zi)營(ying)養(yang)價值高，被印加(jia)帝(di)國稱為(wei)“糧(liang)食之(zhi)母(mu)”。其(qi)基(ji)因組較復(fu)雜(za)，為(wei)異(yi)源四倍體（2n=4x=36），流式方(fang)法估(gu)計的基(ji)因組大小(xiao)為(wei)~1.5Gb。
2016年日本科學(xue)家發布了藜麥的第一張基(ji)因(yin)組圖(tu)譜。采用的是高覆蓋度的二代(dai)（Illumina Hiseq 2500, ~200 x）+低倍數(shu)的三代(dai)（PacBio RS II，~30 x）的測(ce)序策略(lve)僅得(de)到藜麥基(ji)因(yin)組的草圖(tu)。該研究發表于DNA research （IF: 5.267）。
來(lai)自沙特阿卜杜拉國王科(ke)技大學的研究人員與多國研究人員合(he)作(zuo)(zuo)，采用純三代數據(ju)結(jie)合(he)Bionano光(guang)學圖(tu)譜、Dovetail Hi-C染(ran)色質互做數據(ju)和遺傳圖(tu)譜的組裝測序，得到了染(ran)色體級別(bie)的藜麥基因組精細圖(tu)。研究的結(jie)果(guo)作(zuo)(zuo)為封面文(wen)章，于2017年初(chu)發表于Nature（IF: 28.138）雜志。
比較兩(liang)篇(pian)文章(zhang)，不難發(fa)現后者(zhe)(zhe)在前者(zhe)(zhe)已(yi)經發(fa)表過了的情(qing)況下，仍然能再頂級期(qi)刊上(shang)發(fa)表，具有以(yi)下兩(liang)點優(you)勢(shi)：
一． 基因(yin)組組裝質量更(geng)高。
1. 2016年得到(dao)的藜麥的基因組(zu)草圖組(zu)裝結果(guo)如下：
2. 由于(yu)使用的(de)是純三代(dai)的(de)PacBio數據做組(zu)裝(zhuang)，2017年公布(bu)的(de)藜麥基因(yin)組(zu)精細圖(tu)(tu)組(zu)裝(zhuang)得到(dao)congtig N50達(da)到(dao)了(le)~1.7 Mb。再結合BioNano和(he)Hi-C的(de)數據，使scaffold N50達(da)到(dao)了(le)~3.8 Mb。最后結合遺傳圖(tu)(tu)譜的(de)信息，使整個基因(yin)組(zu)的(de)組(zu)裝(zhuang)達(da)到(dao)了(le)染色體水(shui)平。其具體的(de)組(zu)裝(zhuang)結果(guo)如下：
二(er)． 關注的(de)科研問(wen)題更有物種特異(yi)性。
1. 2016年的文章首先比較了莧科（Amaranthaceae）內多個物種與藜麥之間的基因家族信息。然后分析了藜麥中參與非生物脅迫的ABA信號通路的基因和抗病毒染色的基因RDR1。
莧(xian)科內多(duo)個(ge)物種基因家族比較(jiao)分析
RDR1在多(duo)個物種中的(de)比較分析
2. 2017年的文章基于精細(xi)的基因組基礎上，詳盡地研究了藜(li)麥多倍(bei)體化的過程。
首先，藜(li)麥是(shi)由祖(zu)源(yuan)的(de)兩個二倍(bei)體(ti)品種（亞(ya)基(ji)因(yin)組(zu)A和(he)(he)B）雜交而來。之前(qian)的(de)單基(ji)因(yin)測序研究發(fa)現北美和(he)(he)歐亞(ya)的(de)兩個二倍(bei)體(ti)分別(bie)為A亞(ya)基(ji)因(yin)組(zu)和(he)(he)B亞(ya)基(ji)因(yin)組(zu)的(de)候選來源(yuan)。為了(le)進(jin)(jin)一步了(le)解藜(li)麥的(de)進(jin)(jin)化(hua)歷史，作者對二倍(bei)體(ti)亞(ya)基(ji)因(yin)組(zu)A（C. pallidicaule）和(he)(he)二倍(bei)體(ti)亞(ya)基(ji)因(yin)組(zu)B（C. suecicum）也進(jin)(jin)行了(le)測序和(he)(he)組(zu)裝。
通過分析藜(li)麥(mai)中同義(yi)替代率(lv)，表明藜(li)麥(mai)基(ji)因組中可能存(cun)在全(quan)基(ji)因組的(de)復制事件。同時(shi)，作者估計出亞基(ji)因組A和B雜交形成藜(li)麥(mai)的(de)時(shi)間約(yue)在3.3-6.3百萬年前。
藜(li)麥Ks分析
在亞基因組A和B雜交后，其實形成了多個可相互雜交的四倍體物種，包括C. berlandieri和C. hircinum。為了進一步確定藜麥與二倍體的亞基因組A和B以及這些四倍體近緣物種之間的進化關系，作者挑選了15個藜麥品種進行重測序。這些品種代表了藜麥的兩種主要生態型：高原和海濱品種。對這些品種進行進化樹分析表明北美C. berlandieri可能是這些種的基本成員。以前的研究認為藜麥是由C. hircinum經單次馴化而來。而本文的進化樹分析則表明藜麥可能是在高原和海濱環境下分別獨立馴化而來。
作者進一步分(fen)析比較了藜麥亞(ya)基因的(de)組(zu)特點，發現(xian)亞(ya)基因組(zu)A和(he)B中高度同源，但(dan)是也(ye)存在重組(zu)、染色體(ti)重排(pai)和(he)染色體(ti)融合(he)的(de)現(xian)象。同時也(ye)比較了兩個亞(ya)基因組(zu)中的(de)基因家族信息。
藜麥(mai)亞基(ji)因組結構(gou)比較分析
藜(li)麥亞基(ji)因(yin)組(zu)基(ji)因(yin)家族比較分析
最后，作者利用(yong)(yong)分(fen)離群體(ti)，采用(yong)(yong)BSA（Bulked Segregant Analysis）的方法定位了皂(zao)角苷形成的基因。皂(zao)角苷是(shi)藜麥種子中苦味的來源(yuan)，同時也可能導致人類(lei)食用(yong)(yong)時的溶血。因此，藜麥育種傾向于培育無(wu)皂(zao)角苷的品種-甜味藜麥。
參考文獻(xian)
Yasui Y, Hirakawa H, Oikawa T, et al. Draft genome sequence of an inbred line of Chenopodium quinoa, an allotetraploid crop with great environmental adaptability and outstanding nutritional properties[J]. DNA Research, 2016, 23(6):535-546.
Jarvis DE，Ho YS, Lightfoot DJ,et al. Nature, 2017, 16;542(7641):307-312.
