【成功案例】大豆SLAF-seq“一花五果”

大豆作為重要的農作物,在我國有著6000-9000年的馴化史,其馴化方向主要與產量、品質和抗病等性狀相關。東北農業大學的李文濱教授及其團隊和北京百邁客生物科技有限公司合作,在大豆起源、抗菌核病、抗胞囊線蟲、種子蛋白及油脂含量方面取得重要進展,其研究成果相繼發表在New Phytologist、The Plant Journal、BMC Genomics和Genomics,累計影響因子23+。下面我們就看看作者是如何對數據進行深入挖掘,做到低投入、高產出的。

1.英文題目:Domestication footprints anchor genomic regions of agronomic importance in soybeans
中文題目:512株大豆SLAF測序揭示大豆馴化史和全基因組關聯分析
發表雜志:New Phytologist,2015
影響因子:IF= 7.330

1.材料與方法
(1)材料:512份大豆材料,470份國內材料(404份馴化材料、36份半馴化材料和72份野生大豆)+42份國外材料。
(2)方法:SLAF標簽數為59494條,平均測序深度為6.14×。

2.研究結果
(1)采用百邁客自主研發的SLAF-seq專利技術對512份大豆核心種質進行高通量測序分析,共獲得了64141個高質量SNP。
(2)通過基因滲透和PCA分析推出半馴化品種是一種進化上的中間產物,而不是馴化品種和野生大豆雜交產生的,此外,三群體檢測的結果也進一步論證了這一點,同時,論證出栽培大豆是從中部黃淮海地區向北向南馴化,進而將中國馴化大豆起源精確的定位到中國中部黃淮海區域。
(3)基于SNP分型結果,定位到與15個性狀相關的43個區域,如與茸毛和種皮顏色相關的基因被定位在Gm06染色體,與葉形相關的基因被定位在Gm20染色體。在與10個質量性狀相關的25個QTNs中,有3個QTNs位于之前已經報道過的QTLs或基因區域。

Fig1: ?栽培大豆的地理分布和PC分析圖?

Fig2:重要農藝性狀的群基因組關聯分析圖

2.英文題目:Loci and candidate gene identification for resistance
to Sclerotinia sclerotiorum in soybean (Glycine max L. Merr.) via associate
中文題目:330株大豆SLAF-GWAS及遺傳圖譜聯合定位抗菌核病基因
發表雜志:The Plant Journal,2015
影響因子:IF= 5.901

1.材料與方法
(1)材料:330份大豆材料(105份地方材料、201份骨干材料和24份國外材料)進行GWAS分析;以Maple Arrow(抗病)和Hefeng 25(感病)為親本構建128份重組自交系,通過SSR標記構建遺傳圖譜。
(2)方法:SLAF標簽數為57418條,平均測序深度為6.02×;利用78個SSR標記構建遺傳圖譜。

2.研究結果
(1)莖脂溶性色素含量是大豆抗菌核病的重要指標。通過測定OD518值發現,親本Maple Arrow和Hefeng 25的OD518值分別為0.1 與0.0001,128份RIL群體和330份種質的OD518值成正態分布。
(2)在前人研究基礎上,利用Gm01, Gm08, Gm11和Gm13上的78個SSR構建遺傳圖譜,在Gm13上定位到主效QTL位點Oswm13-1。
(3)基于獲得的25179個SNP,采用Naive、GLM 和CMLM 三種模型進行關聯分析,在Gm13上定位到3個熱點標記,通過比較發現GWAS和遺傳圖QTL定位結果是重疊的。進一步對候選基因進行功能注釋,有4個基因與植物病害應答機制或色素合成有關。

Fig.1 大豆抗菌核病全基因組關聯分析

Fig.2 QTL定位結果

3.英文題目:Genetic charactertics of soybeanresistance to HG type 0 and HG type1.2.3.5.7 of the cyst nematode analyzed bygenome-wid association mapping
中文題目:440株大豆SLAF-GWAS定位胞囊線蟲抗性基因
發表雜志:BMC Genomics,2015
影響因子:IF= 3.729

1.材料與方法
(1)材料:440份大豆材料,402份國內材料和38份國外材料
(2)方法:SLAF標簽數為57 418條,平均測序深度為6.02×;利用78個SSR標記構建遺傳圖譜。

2.研究結果
(1)基于SLAF-seq技術對440份大豆核心種質進行高通量測序分析, 共獲得了36,976個高質量SNP。
(2)通過全基因組關聯分析找到19個與胞囊線蟲抗性相關的位點,其中8個位點與之前報道過的QTL位點重合,8個位點與已經報道的抗胞囊線蟲基因Rhg4及Rhg1連鎖,并鑒定出3個新的QTL位點。通過基因注釋獲得到與抗病,細胞色素P450,蛋白激酶等相關的功能基因。

Fig.1 全基因組關聯分析定位大豆胞囊線蟲QTL位點

Fig.2 ?基因功能注釋圖

4.英文題目:Loci and candidate gene conferring resistance to soybean cyst nematode HG type 2.5.7
中文題目:200株大豆SLAF-GWAS定位胞囊線蟲抗性位點及基因
發表雜志:BMC Genomics,2017
影響因子:IF= 3.729

1.材料與方法
(1)材料:200份大豆材料,179份國內材料(123份骨干材料和56份地方材料)和21份國外材料
(2)方法:SLAF標簽數約為58,000條,平均測序深度為6.14×。

2.研究結果
(1)基于SLAF-seq技術對200份大豆核心種質進行高通量測序分析, 共獲得了33,194個高質量SNP。
(2)采用GLM、CMLM 和ECMLM 三種模型進行關聯分析,共獲得與胞囊線蟲抗性相關的13個SNP位點,9個SNP位點位于已知QTL區域附近,4個SNP位點是新發現的抗病位點,通過功能注釋共獲得30個抗病候選基因,主要與植物防御、木質素生物合成、酚類化合物代謝等相關。

Fig.1 群體結構

Fig.2 全基因組關聯分析定位大豆胞囊線蟲QTL位點

5.英文題目:Genome-wide association mapping for seed protein and oil contents using a large panel of soybean accessions
中文題目:185株大豆SLAF-GWAS定位種子蛋白及油脂含量
發表雜志:Genomics,2018
影響因子:IF= 2.801

1.材料與方法
(1)材料:185份大豆材料(骨干材料、地方材料和國外材料)
(2)方法:SLAF標簽數大于50,000條。

2.研究結果
(1)基于SLAF-seq技術對185份大豆核心種質進行高通量測序分析, 共獲得了12,072 個高質量SNP。
(2)采用GLM、CMLM 和ECMLM 三種模型進行關聯分析,共獲得與種子蛋白及油脂含量相關的31個SNP位點,在2015年和2016年分別有6和9個SNP位點與種子油脂含量關聯,其中2個SNP位點在兩年的表型數據中均能關聯到,位于Chr 07上的rs15774585和rs15783346,在2015年和2016年分別有14和7個SNP位點與種子蛋白含量關聯,其中3個SNP位點在兩年的表型數據中均能關聯到,位于 Chr 01上的rs53140888,Chr 13上的rs19485676和Chr 20上的rs24787338,通過功能注釋共獲得199個候選基因,161個基因主要與CHO代謝,脂質代謝和氨基酸代謝等相關。

Fig.1 全基因組關聯分析定位大豆油脂及蛋白QTL位點

Fig.2 ?基因功能注釋圖

基因組事業部 田韋韋 | 文案
張學雯 | 審核
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