2017-08-31
發表期刊 Nature Genetics
影響因(yin)子 27.96
在GWAS分(fen)析中(zhong)找不(bu)到Peak SNP腫么辦？如果(guo)你也有這樣的苦惱，我們一(yi)起來看一(yi)看高大上的文(wen)(wen)獻是怎么做到的？最近(jin)在Nature Genetics上刊(kan)登(deng)了一(yi)篇(pian)陸地棉(mian)選擇消除分(fen)析和(he)GWAS相結(jie)合的文(wen)(wen)章，該研究利(li)用基(ji)(ji)因(yin)組重(zhong)測序(xu)技(ji)術對(dui)陸地棉(mian)在馴化過程(cheng)中(zhong)受(shou)到的選擇區域進行鑒定(ding)(ding)(ding)和(he)驗證，并對(dui)控制皮棉(mian)產量和(he)棉(mian)纖維質量等多(duo)個(ge)重(zhong)要(yao)農(nong)藝(yi)性狀相關的基(ji)(ji)因(yin)進行快(kuai)速定(ding)(ding)(ding)位，而(er)且定(ding)(ding)(ding)位效果(guo)非常不(bu)錯哦，部分(fen)性狀直(zhi)接到單基(ji)(ji)因(yin)水平！
研究背(bei)景
陸地(di)棉是世(shi)界上最重要的(de)(de)(de)棉花栽培品種，占全球(qiu)棉花種植面積的(de)(de)(de)90%以上。然(ran)而其(qi)栽培種的(de)(de)(de)遺傳多(duo)樣性(xing)以及在改良過(guo)程(cheng)中(zhong)一些遺傳特性(xing)的(de)(de)(de)變化仍然(ran)未知。
研(yan)究(jiu)方法
對318株來自世(shi)界各地(di)的陸地(di)棉樣(yang)本進行(xing)重測序(xu)，包括35個地(di)方種(zhong)，258個改良種(zhong)、13個優質栽培種(zhong)以及12個近緣外群品種(zhong)。
測序平臺Illumina HiSeq2500，測序深度5X，PE文庫
研究結果(guo)
1. 遺傳變異檢測(ce)及群體結(jie)構分析(xi)
通過對318株陸地棉進行(xing)重測序，與參考基因組TM-1比(bi)對，共(gong)鑒定(ding)到8,621,073個SNPs，其中A、D亞基因組特有SNPs分別占31.2%和20.5%。進化(hua)樹分析結果表明(ming)陸地棉栽培種(zhong)的(de)遺傳多(duo)樣性較(jiao)低，大多(duo)來源于(yu)同一祖先。地方(fang)種(zhong)和改良種(zhong)之間(jian)的(de)Fst值僅有0.04，群體分化(hua)程(cheng)度較(jiao)低。
陸(lu)地棉在(zai)馴化(hua)過(guo)程中經(jing)歷了比較弱的選(xuan)(xuan)擇作用，在(zai)地方種(zhong)和改良種(zhong)的基因組中共檢測到25個(ge)信號較弱的受選(xuan)(xuan)擇區域(yu)，其中只有3個(ge)報道過(guo)，說明這些基因座可能經(jing)歷了二次(ci)選(xuan)(xuan)擇作用。
2. 全基因組關聯(lian)分析
利用1,871,401個(ge)高質(zhi)量(liang)SNPs的表型數據(ju)進行GWAS分(fen)析，共鑒(jian)定到119個(ge)性(xing)狀(zhuang)相關(guan)(guan)位(wei)(wei)點(dian)，其中71個(ge)與(yu)皮(pi)棉產量(liang)相關(guan)(guan)，45個(ge)與(yu)纖維(wei)質(zhi)量(liang)相關(guan)(guan)，另外3個(ge)與(yu)黃(huang)萎病抗(kang)性(xing)相關(guan)(guan)。進一步分(fen)析發現(xian)皮(pi)棉產量(liang)和纖維(wei)質(zhi)量(liang)相關(guan)(guan)位(wei)(wei)點(dian)在A亞(ya)基(ji)(ji)(ji)因組上(shang)的數量(liang)要多于(yu)D亞(ya)基(ji)(ji)(ji)因組，然而，3個(ge)與(yu)黃(huang)萎病抗(kang)性(xing)相關(guan)(guan)位(wei)(wei)點(dian)全(quan)部(bu)位(wei)(wei)于(yu)D亞(ya)基(ji)(ji)(ji)因組上(shang)。結合GWAS分(fen)析和選擇清除分(fen)析，在4個(ge)受選擇區(qu)域周圍發現(xian)了控制棉花衣分(fen)、纖維(wei)長度和強度的基(ji)(ji)(ji)因座。
3. 增加皮棉產量(liang)的(de)兩個候選(xuan)基因
通過多種分析方法相結合，鑒定到了與多個農藝性狀相關聯的兩個基因座，它們與棉花衣分、株鈴數的增加和籽指降低有顯著相關性。在位于A02染色體上的基因座附近，鑒定到了候選基因AIL6，該基因與擬南芥ERF型轉錄調控因子同源，轉錄組數據表明AIL6在花后20至25天高表達。qRT-PCR分析結果表明AIL6在TM-1中的表達量是在改良種ZMS12中的10倍；另一個是位于D08染色體2.8-3.0Mb區段內的EIL基因，該基因在TM-1和ZMS12中差異表達，qRT-PCR分析也再次驗證了該結果。
4. 與其他農藝性狀相(xiang)關的候選基因
在75.90-76.05Mb的LD連鎖區域內鑒定到一個候選基因——GhXIK，該基因編碼XI-K肌球蛋白家族的一個成員，該基因在纖維伸長和次生細胞壁合成過程中高表達。非同義突變導致1,011位的丙氨酸突變為纈氨酸，這與棉纖維長度、纖維強度的增加以及棉纖維的整齊度提高顯著相關。在3個與黃萎病抗性相關基因座附近，鑒定到一個編碼疾病抗性相關蛋白的候選基因。
結論
該研究將GWAS分析(xi)、轉錄組數據、GBA以及(ji)擬南(nan)芥直系同源(yuan)基因的(de)(de)(de)功能注(zhu)釋進行了(le)有效(xiao)整合，在陸地(di)棉中快速(su)鑒(jian)定到多(duo)個(ge)與重要農藝性狀相關的(de)(de)(de)候選基因，并進行了(le)功能驗(yan)證。這對于陸地(di)棉栽培種的(de)(de)(de)改(gai)良(liang)以及(ji)多(duo)倍(bei)體(ti)作(zuo)物的(de)(de)(de)進化分析(xi)具有重要的(de)(de)(de)遺傳學意義。
文章索引
Fang L, Wang Q, Hu Y, et al. Genomic analyses in cotton identify signatures of selection and loci associated with fiber quality and yield traits[J]. Nature Genetics, 2017, 49(7):1089.
