發(fā)表期刊 Nature Genetics
影響因子 27.96
在GWAS分析中找不到Peak SNP腫么辦？如果你也有這樣的苦惱，我們一起來看一看高大上的文獻(xiàn)是怎么做到的？最近在Nature Genetics上刊登了一篇陸地棉選擇消除分析和GWAS相結(jié)合的文章，該研究利用基因組重測(cè)序技術(shù)對(duì)陸地棉在馴化過程中受到的選擇區(qū)域進(jìn)行鑒定和驗(yàn)證，并對(duì)控制皮棉產(chǎn)量和棉纖維質(zhì)量等多個(gè)重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因進(jìn)行快速定位，而且定位效果非常不錯(cuò)哦，部分性狀直接到單基因水平！
研究背景
陸地棉是世界上最重要的棉花栽培品種，占全球棉花種植面積的90%以上。然而其栽培種的遺傳多樣性以及在改良過程中一些遺傳特性的變化仍然未知。
研究方法
對(duì)318株來自世界各地的陸地棉樣本進(jìn)行重測(cè)序，包括35個(gè)地方種，258個(gè)改良種、13個(gè)優(yōu)質(zhì)栽培種以及12個(gè)近緣外群品種。
測(cè)序平臺(tái)Illumina HiSeq2500，測(cè)序深度5X，PE文庫
研究結(jié)果
1. 遺傳變異檢測(cè)及群體結(jié)構(gòu)分析
通過對(duì)318株陸地棉進(jìn)行重測(cè)序，與參考基因組TM-1比對(duì)，共鑒定到8,621,073個(gè)SNPs，其中A、D亞基因組特有SNPs分別占31.2%和20.5%。進(jìn)化樹分析結(jié)果表明陸地棉栽培種的遺傳多樣性較低，大多來源于同一祖先。地方種和改良種之間的Fst值僅有0.04，群體分化程度較低。
陸地棉在馴化過程中經(jīng)歷了比較弱的選擇作用，在地方種和改良種的基因組中共檢測(cè)到25個(gè)信號(hào)較弱的受選擇區(qū)域，其中只有3個(gè)報(bào)道過，說明這些基因座可能經(jīng)歷了二次選擇作用。
2. 全基因組關(guān)聯(lián)分析
利用1,871,401個(gè)高質(zhì)量SNPs的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行GWAS分析，共鑒定到119個(gè)性狀相關(guān)位點(diǎn)，其中71個(gè)與皮棉產(chǎn)量相關(guān)，45個(gè)與纖維質(zhì)量相關(guān)，另外3個(gè)與黃萎病抗性相關(guān)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)皮棉產(chǎn)量和纖維質(zhì)量相關(guān)位點(diǎn)在A亞基因組上的數(shù)量要多于D亞基因組，然而，3個(gè)與黃萎病抗性相關(guān)位點(diǎn)全部位于D亞基因組上。結(jié)合GWAS分析和選擇清除分析，在4個(gè)受選擇區(qū)域周圍發(fā)現(xiàn)了控制棉花衣分、纖維長(zhǎng)度和強(qiáng)度的基因座。
3. 增加皮棉產(chǎn)量的兩個(gè)候選基因
通過多種分析方法相結(jié)合，鑒定到了與多個(gè)農(nóng)藝性狀相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)基因座，它們與棉花衣分、株鈴數(shù)的增加和籽指降低有顯著相關(guān)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(zhuǎn)錄調(diào)控因子同源，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)表明AIL6在花后20至25天高表達(dá)。qRT-PCR分析結(jié)果表明AIL6在TM-1中的表達(dá)量是在改良種ZMS12中的10倍；另一個(gè)是位于D08染色體2.8-3.0Mb區(qū)段內(nèi)的EIL基因，該基因在TM-1和ZMS12中差異表達(dá)，qRT-PCR分析也再次驗(yàn)證了該結(jié)果。
4. 與其他農(nóng)藝性狀相關(guān)的候選基因
在75.90-76.05Mb的LD連鎖區(qū)域內(nèi)鑒定到一個(gè)候選基因——GhXIK，該基因編碼XI-K肌球蛋白家族的一個(gè)成員，該基因在纖維伸長(zhǎng)和次生細(xì)胞壁合成過程中高表達(dá)。非同義突變導(dǎo)致1,011位的丙氨酸突變?yōu)槔i氨酸，這與棉纖維長(zhǎng)度、纖維強(qiáng)度的增加以及棉纖維的整齊度提高顯著相關(guān)。在3個(gè)與黃萎病抗性相關(guān)基因座附近，鑒定到一個(gè)編碼疾病抗性相關(guān)蛋白的候選基因。
結(jié)論
該研究將GWAS分析、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)、GBA以及擬南芥直系同源基因的功能注釋進(jìn)行了有效整合，在陸地棉中快速鑒定到多個(gè)與重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的候選基因，并進(jìn)行了功能驗(yàn)證。這對(duì)于陸地棉栽培種的改良以及多倍體作物的進(jìn)化分析具有重要的遺傳學(xué)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.
