我国完成31个大豆基因组重测序

<正>由香港中文大学、华大基因研究院、农业部、中国科学院等单位合作的"大豆回家"项目研究成果,"31个大豆基因组重测序揭示遗传多样性和进化选择模式"11月14日在国际著名杂志《自然-遗传学》上在线发表。     

全基因组重测序在大豆育种上的研究进展

大豆是世界上最重要的油料作物之一。随着基因测序技术的快速发展及广泛应用,大豆育种研究受到了深刻的影响。本文简述了基因测序的主要方法及全基因组重测序在大豆育种、遗传转化研究中的应用,综述了目前全基因组重测序从发现突变位点、揭示进化关系、挖掘功能基因等基因功能和结构的角度,来研究大豆育种及疾病发生过程中的分子机理,为今后基因测序技术在大豆育种中的研究与应用提供参考。     

基于33个遗传多样性水稻材料的泛基因组分析揭示“隐藏”的基因组变异

【目的】基因组结构变异(SV)和基因拷贝数变异(g CNV)是动植物中主要的遗传变异来源,全面准确地鉴定和分析SV和g CNV对挖掘优异等位基因、保障水稻粮食安全具有重要意义。【方法】利用长片段测序数据和基因组装方法(HERA),对31个具有遗传多样性的水稻栽培稻进行了高质量基因组组装,结合日本晴和蜀恢498高质量基因组,进行了系统的基因组比较分析。【结果】共鉴定到171 072个非冗余SVs和25 549个g CNVs,其中82.8%的PAV未在先前基于短序列测序数据获得的PAV中鉴定到。利用非洲栽培稻CG14作为外群,对发生在亚洲栽培稻群体的SV(d SV)进行了推断,发现大多数d SV位于基因非编码区,以及泛基因组中50%(32 668)基因上下游2 kbp区域在32个亚洲栽培稻种至少有一个d SV。进一步结合转录组数据分析发现SVs和g CNVs对调控基因表达量对具有重要作用。对SV形成机制分析发现,SV主要由TEI(转座子插入)和NHEJ(非同源末端连接)两种机制形成,但不同类型SV的主要形成机制有所不同。该研究还构建了水稻中首个图形基因组,结合674份材料的二代测序和叶片早...     

基于RAD-seq简化基因组测序的西藏黄牛遗传多样性研究

为在基因组水平研究西藏黄牛的遗传多样性,并通过选择信号分析发掘重要种质特性基因,利用RAD-seq简化基因组测序鉴定拉萨黄牛、阿沛甲咂牛、日喀则驼峰牛和樟木黄牛的SNP标记,计算群体遗传结构和遗传进化,鉴定基因组受选择区域和受选择基因.结果表明,共鉴定出1355274个SNP标记.阿沛甲咂牛和樟木黄牛遗传多样性最为丰富,观察杂合度分别为0.1856、0.1644,核苷酸多样性分别为0.2022、0.2026,拉萨黄牛和日喀则驼峰牛的遗传多样性相对低些.近交系数最高的为阿沛甲咂牛,而日喀则驼峰牛的近交系数最低.拉萨黄牛与日喀则驼峰牛之间的遗传分化系数最高(0.0927),而樟木黄牛和阿沛甲咂牛之间的遗传分化系数最低(-0.0011).聚类分析结果表明,日喀则驼峰牛和阿沛甲咂牛之间的亲缘关系最近,而与樟木黄牛的亲缘关系最远.通过选择信号分析,在西藏黄牛群体中检测出22个基因组区域受到选择,包含96个受选择基因.GO富集分析表明,这些受选择基因显著富集在心血管系统发育、炎症反应、细胞间连接、染色质结合等生物学通路.本研究从基因组水平揭示西藏黄牛的种质特性,为进一步开展西藏黄牛种质资源保护及利用提供了重要理论依据.     

线粒体基因组遗传与进化

线粒体基因组是当前生命科学的热门课题之一。根据目前有关线粒体DNA的结构、表达过程和遗传特征方面的最新研究成果，介绍线粒体基因组与核基因组关系、线粒体遗传密码及基因组的进化线索等问题，并说明线粒体基因组遗传分析的要点。     

大粒香基因组重测序分析

大粒香(DLX)是贵州省水稻研究所从籼粳交后代选育出来的优质常规稻,是优异的亲本资源。尽管通常认为大粒香属于粳型偏籼材料,但是从基因组水平阐释其籼粳型还未见报道。本研究选择粳稻日本晴基因组和籼稻R498基因组作为参考基因组,对大粒香基因组进行重测序分析。结果显示,大粒香基因组与籼稻R498基因组SNP差异位点数为1840811,InDel差异位点为395399。大粒香基因基因组与粳稻基因组SNP差异位点数为586123,InDel差异位点为129578。综上所述,大粒香与粳稻日本晴之间无论是SNP差异位点,还是InDel差异位点,都要比与籼稻R498的少,表明大粒香与粳稻遗传关系较籼稻更近,该研究将为大粒香理论研究和育种应用提供理论依据。     

基因组重测序深度的计算

随着第二代测序的发展,基因组重测序已经成为研究动植物分子育种最为快速有效的方法之一。基因组重测序需要高质量地测定每个碱基,同时需要平衡好测序深度与费用的关系。因此,为做好测序深度的估计,本文结合案例给出两种估算模型即基于片段的二项分布模型和基于碱基的泊松分布模型对重测序深度的计算方法进行了分析和推导,从而有利于在教学过程中对这一问题的确切讲解。为收到较好的教学效果,本研究设计了相关模型模拟器并对该课程的理论性与实践性的问题进行了讨论。     

基于家系基因组测序对骡基因组结构多样性分析

为分析马(Equus caballus)和驴(Equus asinus)杂交后两套结构和功能完善的独立基因组在骡基因组中整合后的结构多样性,本研究以马属动物三成员家系的全基因组序列为研究对象,分别以纯血马基因组和驴基因组为参考,识别驴、马和骡的InDel、SNP和CNV;通过生物信息分析,分析骡的de novo SNP及其突变频率、识别骡特异性CNV,并进行功能分析。结果显示:1)驴、马和骡分别获得100.01、103.78和114.36 Gb 的高质量Illumina基因组测序数据。2)以纯血马基因组为参考,识别的InDels、SNPs和CNVs分别为402 533~2 110 786、5 012 403~23 819 055和2 126~3 761;以驴基因组为参考,识别的InDels、SNPs和CNVs分别为527 351~2 279 875、3 212 499~23 549 224和3 572~7 812。3)骡de novo SNPs分别为555和419,其突变频率为1.72×10^-7~2.21×10^-7。4)获得骡特异性CNVs分别为396和859,总长度分别为2.15和3.77 Mb。5)变异相关基因主要和机体的免疫及癌症过程相关。综上,骡基因组发生了高频率的de novo SNPs和特异性CNVs,这些结构变异可能对马和驴异种杂交不相容以及骡的遗传适应性具有重要意义,为进一步开展马和驴异种杂交的遗传基础及其分子机制的研究提供候选遗传位点。     

基于重测序的不同生态型油梨的全基因组变异及进化分析

为揭示不同生态型油梨间的差异,对4份不同生态型油梨进行全基因组重测序,平均测序深度为26×,平均覆盖度为89.39%。通过与参考基因组比对,4份不同生态型油梨平均杂合率为64.26%。除了西印度群岛生态型油梨品种Donnie的杂合率最低（为35.34%）外,剩下3份油梨品种的杂合率均超过70%。单核苷酸多态位点（SNP）数量为3 854 384～6 290 629个,小片段插入与缺失（Small InDel）总数为1 432 406～1 707 608个,这些突变导致了13 864～18 143个基因的变异。KEGG分析表明,淀粉和蔗糖的代谢通路在4份不同生态型油梨中均存在最多的变异基因。聚类分析表明,相对于西印度群岛生态型,危地马拉和墨西哥生态型油梨品种亲缘关系更近。研究结果在一定程度上反映了不同生态型油梨在基因组水平的差异,为分子标记辅助选择育种提供了科学依据。     

利用微卫星标记分析双峰驼进化和遗传多样性

实验首次利用双峰驼基因组DNA16个微卫星位点,对中国6个地区、蒙古国7个地区254峰双峰驼基因组DNA样品(含5峰野骆驼)进行了检测和分析.结果显示,家养双峰驼群体平均杂合度较高,平均观测杂合度、期望杂合度和内氏杂合度分别是0.610、0.6211和0.5919.微卫星位点含有较高的有效等位基因数、多态信息含量(3.5509和0.5415),可有效用于双峰驼遗传结构和进化分析.遗传距离计算结果及聚类分析显示,中国和蒙古国家养双峰驼群体间遗传分歧并不显著,但野双峰驼和家养双峰驼则表现明显分歧,暗示现存野双峰不是家养双峰驼直接祖先,更不是从家养双峰驼跑到野外的分支.     

中国热带农业科学院发布芒果精细基因组图谱揭示芒果进化和驯化机制

正近日,中国热带农业科学院品种资源研宄所(中国热科院品资所)联合中科院微生物所等10家单位,绘制了芒果染色体级别精细基因组图谱,并从基因组水平上揭示了芒果物种进化机制和栽培品种驯化历史。相关研究成果在线发表在基因组领域国际顶级杂志《GENOMEBIOLOGY》(IF=14.0 2 8)上。芒果是漆树科芒果属热带常绿大乔木,是世界第五大果树作物,也是第     

68个大豆品种(系)遗传多样性分析

为保持大豆杂种优势利用中亲本的遗传差异,利用64对SSR引物对68个大豆品种(系)包括53个中国品种(系)和15个美国品种进行遗传多样性与亲缘关系分析。结果表明,共检测到375个等位基因变异,平均每个位点检测到的等位变异数为5.86个,变化范围为2～12个,其中53个中国品种(系)检测到373个等位基因变异,平均为5.83个,变化范围为2～12个,15个美国品种检测到288个等位基因变异,平均为4.50个,变化范围为2～9个;总的位点多态性信息含量(PIC)变化范围为0.366～0.900,平均为0.677,其中53个中国品种(系)变化范围为0.370～0.909,平均为0.682,15个美国品种变化范围为0.309～0.817,平均为0.590。聚类分析表明:68个大豆品种(系)的遗传相似系数(GS)变幅为0.529～0.973,平均GS值0.707,在相似系数0.65处,可将供试的品种(系)聚为2大类,第Ⅱ类在相似系数0.69处又可分为5个亚类。     

月季遗传多样性和杂交亲本的选择

选取‘月季夫人’、‘希望’、‘加里娃达’、‘金徽章’、‘粉散’、‘杰乔伊’、‘红双喜’、‘唐红’、‘绯扇’、‘月季中心’、‘热带日落’、‘彩云’、‘武士’、‘金凤凰’等月季品种作为研究对象,分别进行表型性状和数量性状的统计与分析。利用NTsys软件进行数据分析获得了各品种间的遗传相似系数和遗传距离,使用SAS8.0统计软件分析材料之间的遗传多样性指数关系,比较14个不同品种的月季种间表型差异和各个表型之间的相关系数。研究结果表明,14个月季品种之间的遗传关系在许多性状上差异显著,遗传相似性系数在0.125~0.438之间,均未超过0.500,是较为理想的杂交亲本候选材料组合。该研究为中国月季资源的多样性评价、遗传多样性、杂交亲本的选择提供了理论依据。     

利用微卫星标记分析5个山羊品种的遗传多样性和进化关系

文登奶山羊、辽宁绒山羊和安徽白山羊分别为奶山羊、绒山羊和板皮用山羊的典型代表,利用微卫星标记对其进行遗传多样性检测。同时以波尔山羊作为对照,分析北京本地山羊与上述3个山羊品种的进化关系。结果显示,上述4个中国山羊品种的有效等位基因数(NEA)、Nei's无偏基因多样性(H)和等位基因丰富度(AR)分别为5.16~6.72、0.80~0.85和7.30~7.89,表明中国4个山羊品种具有丰富的遗传多样性。然而,杂合子缺失的结果提示波尔山羊和北京本地山羊品种内可能存在一定程度的近亲交配或人工选择。上述5种山羊品种间存在一定程度的遗传分化(FST=0.063),与之前报道的其他国家或地区的山羊结果类似。进化树和主成分分析显示,北京山羊与辽宁绒山羊遗传关系最近,与安徽白山羊的遗传关系较远,与文登奶山羊的遗传关系最远,这4个品种为进化的一个分支,而波尔山羊为另一个分支。该进化关系与产区气候条件和育种目标一致。     

黄淮夏大豆遗传多样性分析

 利用 4 9对SSR引物和 14个农艺性状对 96份黄淮夏大豆进行遗传多样性分析 ,以了解黄淮夏大豆产区的资源多样性状况 ,为种质资源的利用和开发提供帮助。结果表明 ,SSR的遗传多样性指数的分布范围为 1.0 70 0～2 .7310 ,Simpson指数分布范围为 0 .5 313～ 0 .92 0 3;14个农艺性状的遗传多样性指数平均值为 1.1912 ,Simpson指数的平均值为 0 .6 0 79,可见黄淮夏大豆具有丰富的遗传变异。 96份材料的农艺性状和分子数据聚类结果均呈现一定的地理分布规     

大豆遗传多样性的SRAP分析

利用分子标记SRAP(sequence - related amplified polymorphism)进行大豆遗传多态性的研究,利用从288对引物组合中筛选出的12对SRAP引物组合对113个大豆品种(系)和20个野生大豆材料进行扩增,共扩增出251条谱带,其中多态性条带220条,多态性谱带比率为87.6％,每条引物扩增条带数范围为15 ～ 27,平均每对引物产生18.3条多态性条带,期望杂合度为0.287 4,Shannon多样性指数为0.437 5.表明SRAP分子标记适用于大豆遗传多样性分析,供试大豆材料在分子水平上存在较大差异.     

大豆种质资源遗传多样性分析

大豆为人们提供了大量的油脂和植物蛋白,富含多种营养元素。目前,国民对大豆需求旺盛,然而我国优质大豆品种不足,为此必须加大对其种质资源的开发和利用,而大豆遗传多样性的研究是大豆种质资源开发的重中之重。笔者对大豆遗传多样性的研究进展进行概述,提出目前大豆遗传多样性研究中存在的问题,并对大豆种质资源遗传多样性的研究提出展望。     

中国栽培大豆遗传多样性和起源中心初探

利用中国大豆品种资源数据库所记录的各品种质量性状和数量性状,并结合中国大豆品种资源分类研究结果,用群体遗传学研究方法计算我国各省（市、区）大豆品种资源各种类型的遗传多样性指数,分析中国大豆品种资源的遗传多样性中心,并依此推论中国栽培大豆的起源中心。结果表明,中国栽培大豆起源中心为由西南向东偏北方向延伸的带状区域,包括河北（含北京）、山东、山西、河南、陕西、四川等省（市）;北方春大豆起源中心可能在我国黄河流域中下游地区,以后向东北和西北扩散,南方地区春大豆和南方夏大豆的起源地可能在四川,以后向南、东南方向传播。此外,初步分析了中国栽培大豆不同类型的演变关系。     

利用微卫星多态性揭示酿酒酵母菌株遗传多样性

【目的】利用微卫星标记技术对来自新疆和宁夏的48株酿酒酵母菌株进行区分,并分析其亲缘关系。【方法】选择4个微卫星位点：SCAAT1、SCYOR267c、C11和YPL009c,用其多态性对48个菌株进行分析。【结果】4个微卫星标记在48株菌中共检测到87个等位基因,39种基因型;4个位点多态信息含量为0.8593-0.9115,均为高度多态位点;期望杂合度（heterozygosity expected, He）和观测杂合度（heterozygosity observed, Ho）分别为0.8803-0.9268和0.8333-0.9792。【结论】宁夏和新疆地区酿酒酵母菌株生物多样性丰富。     

试论大豆种质遗传多样性的拓展和利用

农作物种质资源是人类赖以生存和发展的重要基础,多年来对提高农业生产率和可持续发展做出过重要贡献,但随着新品种的培育推广、毁林开荒、过度放牧、环境恶化、病虫害传入以及经济建设等方面原因,种质遗传资源多样性在大量减少,一致性迅速增强.