2017-04-26
隨著測序技術的發(fā)展，越來越的物種的基因組數(shù)據(jù)相繼發(fā)表。一般覺得基因組方面的文章具有時間效應，第一個發(fā)布的基因組數(shù)據(jù)會搶占一定先機。但是也不是絕對的，后續(xù)的研究仍有可能發(fā)表高質(zhì)量的文章。今天小編就分享一個藜麥基因組的案例。
藜麥（Chenopodium quinoa）抗逆性強，種子營養(yǎng)價值高，被印加帝國稱為“糧食之母”。其基因組較復雜，為異源四倍體（2n=4x=36），流式方法估計的基因組大小為~1.5Gb。
2016年日本科學家發(fā)布了藜麥的第一張基因組圖譜。采用的是高覆蓋度的二代（Illumina Hiseq 2500, ~200 x）+低倍數(shù)的三代（PacBio RS II，~30 x）的測序策略僅得到藜麥基因組的草圖。該研究發(fā)表于DNA research （IF: 5.267）。
來自沙特阿卜杜拉國王科技大學的研究人員與多國研究人員合作，采用純?nèi)鷶?shù)據(jù)結合Bionano光學圖譜、Dovetail Hi-C染色質(zhì)互做數(shù)據(jù)和遺傳圖譜的組裝測序，得到了染色體級別的藜麥基因組精細圖。研究的結果作為封面文章，于2017年初發(fā)表于Nature（IF: 28.138）雜志。
比較兩篇文章，不難發(fā)現(xiàn)后者在前者已經(jīng)發(fā)表過了的情況下，仍然能再頂級期刊上發(fā)表，具有以下兩點優(yōu)勢：
一． 基因組組裝質(zhì)量更高。
1. 2016年得到的藜麥的基因組草圖組裝結果如下：
2. 由于使用的是純?nèi)腜acBio數(shù)據(jù)做組裝，2017年公布的藜麥基因組精細圖組裝得到congtig N50達到了~1.7 Mb。再結合BioNano和Hi-C的數(shù)據(jù)，使scaffold N50達到了~3.8 Mb。最后結合遺傳圖譜的信息，使整個基因組的組裝達到了染色體水平。其具體的組裝結果如下：
二． 關注的科研問題更有物種特異性。
1. 2016年的文章首先比較了莧科（Amaranthaceae）內(nèi)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。
莧科內(nèi)多個物種基因家族比較分析
RDR1在多個物種中的比較分析
2. 2017年的文章基于精細的基因組基礎上，詳盡地研究了藜麥多倍體化的過程。
首先，藜麥是由祖源的兩個二倍體品種（亞基因組A和B）雜交而來。之前的單基因測序研究發(fā)現(xiàn)北美和歐亞的兩個二倍體分別為A亞基因組和B亞基因組的候選來源。為了進一步了解藜麥的進化歷史，作者對二倍體亞基因組A（C. pallidicaule）和二倍體亞基因組B（C. suecicum）也進行了測序和組裝。
通過分析藜麥中同義替代率，表明藜麥基因組中可能存在全基因組的復制事件。同時，作者估計出亞基因組A和B雜交形成藜麥的時間約在3.3-6.3百萬年前。
藜麥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(tài)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(jīng)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(huán)境下分別獨立馴化而來。
作者進一步分析比較了藜麥亞基因的組特點，發(fā)現(xiàn)亞基因組A和B中高度同源，但是也存在重組、染色體重排和染色體融合的現(xiàn)象。同時也比較了兩個亞基因組中的基因家族信息。
藜麥亞基因組結構比較分析
藜麥亞基因組基因家族比較分析
最后，作者利用分離群體，采用BSA（Bulked Segregant Analysis）的方法定位了皂角苷形成的基因。皂角苷是藜麥種子中苦味的來源，同時也可能導致人類食用時的溶血。因此，藜麥育種傾向于培育無皂角苷的品種-甜味藜麥。
參考文獻
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. The genome of Chenopodium quinoa. Nature, 2017, 16;542(7641):307-312.
