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2022/12/29阅读:14主题:萌绿

【动植物研究动态】202209-202210文献解读

很久没有更新了。感谢各位,我还在,来填坑。

Communications Biology|浙江省农业科学院卢立志:中国地方鸡种重测序和甲基化分析为物种保护提供新的思路

Analysis of genome and methylation changes in Chinese indigenous chickens over time provides insight into species conservation

动物遗传资源保护是生物多样性保护的重要内容。本研究对三个处于不同保护方式下的地方鸡种进行了全基因组重测序和WGBS分析。结果表明,3个地方鸡种的遗传多样性和分化在原产地保护过程中升高,而在异地保护过程中遗传多样性有降低趋势,原因可能主要在于原产地保种历程中,其保存和持续收集的品种类群(类型)更为全面,而异地保种群一直未再有品种其它类群(类型)引入。异地保种过程中DNA甲基化变异水平高于原产地保护。同时,在藏鸡的异地保护过程中发现了高比例的DMRs发生在基因组选择区域,提示这些DMRs与局部的遗传变异有关。此外,在选择清除区域和DMRs中发现了一些与钙信号通路相关的候选基因,可能参与藏鸡高原适应的调控。本研究提供了地方鸡种在不同保护方式下的遗传变异和DNA甲基化变异信息,对于今后珍稀濒危物种的保护以及深入了解动物高海拔适应具有重要的意义。

点评:材料不多,数据量不大,样本很有代表性,育种研究值得参考。

The Crop Journal | 西澳大学闫桂军:发现小麦抗穗发芽的KASP标记

Identification of KASP markers and putative genes for pre-harvest sprouting resistance in common wheat (Triticum aestivum L.)

该研究利用90K SNP Illumina iSelect array芯片技术,对来自白粒小麦Chara × DM5637B*8的4对靶向穗发芽抗性的近等基因系(NIL)进行了基因分型,鉴定出在4对NIL的基因型和表型间一致性达到75%~100%的10个SNP。这10个SNP被转化为10个低成本高效率的KASP标记,并利用48个具有不同抗穗发芽表型的小麦栽培品种对其有效性进行了评价。最后确定出4个高效KASP标记,其鉴定准确性达到81.3%~85.4%。进一步分析发现,与这4个KASP标记相对应的4个SNP,分别位于3个独立的功能基因中,与目标QTL的距离为4.28~4.48 Mb。这3个被注释的基因可能与穗发芽抗性相关。

点评:基因型和表型相关性鉴定出10个SNP?好歹做个单倍型分析

Mol Plant | 中国农科院蔬菜所:揭示辣椒驯化选择特征及果实重要性状的遗传基础

Pepper variome reveals the history and key loci associated with fruit domestication and diversification

该研究对来自12个辣椒种的347份辣椒种质资源开展重测序,构建了一年生栽培辣椒种的全基因组变异图谱,揭示了其驯化选择和育种改良的历程,同时鉴定了辣椒果实朝向、果形、辣味等重要性状的遗传调控位点及其群体选择特征。

通过不同群组的变异和遗传多样性比较,从全基因组水平揭示了辣椒从野生/祖先种、地方品种到类型多样化的现代栽培品种的驯化改良过程。首次提出辣椒栽培群体的演化经历了两步驯化过程:第1群组果实小,第一步驯化使辣椒果实变长、辣度增加,形成了以地方品种为主的第2群组;第二步驯化使辣椒果实进一步变长和变大、果重增加,而辣度则显著降低,形成了育种改良的第3组。辣椒的两步驯化过程伴随不同类型基因集受到强烈的驯化选择。首次发现了位于9号和11号染色体上的两个野生基因组片段的关键渗入事件以及辣椒素调控基因Pun1的强烈选择清除与大果灯笼椒(甜椒)的形成密切相关。特别地,研究还发现第9群组在中国辣椒类群中的遗传多样性最高。

基于变异组数据,进一步开展了辣椒群体的GWAS分析,结合遗传定位等研究,首次在植物中鉴定出并验证了控制果实朝向的关键驯化基因Up。Up基因编码一个与生长素运输相关的蛋白,在其基因上游区域存在一个579 bp的结构变异。通过转录组、VIGS等实验发现该基因在不同果实朝向材料中的表达差异与其果实朝向完全关联。且发现该579 bp变异位于一个逆转座子类型(LINE)的重复序列中,结合甲基化实验数据推测其序列的有无影响了转座子沉默抑制的甲基化强度,从而导致了Up基因的表达差异。除此之外,本研究还定位了辣椒果实重要性状相关的多个基因位点,如调控果形的fsi、调控辣味的punv等。

基于以上结果,该研究提出了辣椒重要性状关键基因位点主导辣椒栽培种驯化、分化和类型多样化过程的演化模型。针对果实朝向基因Up、果形调控基因fsi、辣味调控基因Pun1和punv等4个基因,以及2个野生渐渗片段的不同的组合驯化选择,是形成大果灯笼椒甜椒和窄果(或长形)辣椒多样化类型的关键遗传基础。

点评:研究很丰富,最后的演化模型换了我是提不出来的。

Nature Com | 中国农科院作科所:完成饭豆高质量基因组及性状遗传解析

Genomic analyses of rice bean landraces reveal adaptation and yield related loci to accelerate breeding

该研究完成了直立型饭豆(赤小豆)FF25高质量基因组组装和解析,揭示了饭豆的进化地位;基于440份地方品种的全基因组数据,明确了饭豆地理起源,解析了群体遗传多样性和遗传结构;结合多年多点表型数据和全基因组关联分析,鉴定出多个与开花期、生长习性、籽粒大小等重要性状相关的主效位点和候选基因,发掘了一批集直立矮生、高产、熟期一致等优良性状于一体的潜在育种亲本材料;相关研究结果对未来饭豆育种改良具有重要参考价值和指导作用,同时也为豇豆属其他作物的育种研究提供了很好的优异基因来源。

点评:个人觉得发不了NC。

Nature Com | 西南大学&华大基因等:绘制家蚕超级泛基因组

High-resolution silkworm pan-genome provides genetic insights into artificial selection and ecological adaptation

研究团队对1,078份蚕种质资源(205份地方种,194份改良种,632份遗传材料,47份野桑蚕)进行了深度短读长测序,对其中545份代表性资源进行了长读长测序,产生55.57T基因组数据,组装了545个蚕的高质量基因组,对100个基因组进行了基因注释,鉴定到4,300余万个SNP、930余万个Indel、340余万个结构变异(SV)和7,308个新基因(家族),绘制了一个高精度家蚕泛基因组图谱。

该超级泛基因组囊括了目前最全面的家蚕和野桑蚕基因组信息,是迄今全球动植物领域最大的长读长泛基因组。同时,对蚕的各种遗传变异、群体结构、人工选择和生态适应性及经济性状开展了深入的研究。研究发现黄河中下游地区的地方种分布在进化树上家蚕分支的基部,表明家蚕起源于黄河中下游地区。研究团队鉴定到468个驯化相关基因和198个改良相关基因,其中新鉴定分别为264和185个。这些基因将是家蚕分子改良的重要候选靶标。同时,发现中国实用种和日本实用种只共享不到3%的改良作用位点,这不仅揭示了中国和日本相对独立的家蚕育种历史,而且解释了中日两个系统间产生强杂交优势的遗传基础奥秘。

在本研究中的一个案例,从选择信号和结构变异切入,揭示了与细胞周期相关的转录因子BmE2F1调控家蚕茧丝产量。通过CRISPR-cas9敲除BmE2F1后,蚕的丝腺细胞数减少了7.68%,产丝量减少22%;在丝腺中过表达BmE2F1后,丝腺细胞数增加了23%,产丝量增加16%。另一方面,茧丝纤度是蚕丝的重要品质性状,细纤度蚕丝具有独特应用和更高的经济价值,但之前对茧丝纤度的分子遗传基础毫无所知。本研究中的另一个案例,通过分析细纤度品种基因组中存在的稀有变异,鉴定到控制茧丝纤度的基因BmChit β-GlcNAcase,该基因在细纤度品种中表达量显著提高,敲除该基因后家蚕的茧丝纤度变粗,表明该基因在茧丝纤度的决定中起关键作用。

滞育是昆虫中常见的一种生态适应性性状。本研究中,基于家蚕“着色非滞卵”突变体(pnd)和基因组结构变异分析,并通过基因编辑进行功能验证,揭示了BmTret1-like基因是重要的胚后滞育决定因子。这是昆虫中首次鉴定出胚后滞育决定基因。警戒色是昆虫另一种重要的生态适应性性状。分析发现L突变体中特异存在两个大片段结构变异,其中,一个34 kb基因组重复包含了一个额外的Wnt1拷贝,在两个Wnt1拷贝之间还插入了一个来源于14号染色体的109 kb大片段。对于等位突变LC,则在Wnt1的3’侧翼区域发现了一个271 kb的特异性大片段缺失。

点评:很早之前就看到过预印本。没想到蚕有这么多种。本研究数据量极大,虽然做了几个基因的验证,但可能没有十分亮眼的结果,只发了NC,可惜。

New Phytologist | 美国佛罗里达大学:基于基因组组装揭示草莓风味关键基因及其调控元件

A multi-omics framework reveals strawberry flavor genes and their regulatory elements

研究人员对八倍体栽培草莓进行了基因组、转录组和代谢组研究,并通过多组学手段揭示了控制草莓风味的关键基因和其调控元件。在本研究中,作者综合分析了多组学数据,包括含有196个不同育种系的表达数量性状基因座图(eQTL)、一个高风味育种选择系的单倍型基因组、基于五种单倍型的全基因组结构变异图,以及 300余个草莓个体的风味全基因组关联分析(GWAS)数据。此外,作者还鉴定到了很多与风味化合物相关基因的重叠调节元件、结构变异以及和GWAS关联的等位基因特异性表达变异,这些对于果实风味的形成十分重要。本文的研究结果提供了一个鉴定水果作物风味基因的分子框架,并为具有复杂和理想风味作物品种的分子育种展示了途径。

点评:内容很丰富,对于eQTL及顺反式调控元件分析有帮助。

The Crop Journal | 华中农业大学邹珺:构建甘蓝型油菜分离群体的重组变异图谱

Genome-wide recombination variation in biparental segregating and reciprocal backcross populations provides information for introgression breeding in Brassica napus

利用代表欧洲冬油菜和中国半冬性油菜的两个纯合的已进行基因组组装的亲本Tapidor和NY7构建的双亲分离及TN双向回交群体,构建了包含6161个遗传bin位点的高密度遗传图谱,进一步利用该遗传图谱探究了两个主要的油菜遗传类群间杂交的全基因组重组特征及其对性状改良和渐渗育种的影响。

研究者利用构建的重组变异图谱对全基因的重组变异位点进行评估,其中约 93% 的基因组能够检测到重组交换,其余 7% 的基因组区域为着丝粒或具有较低的标记密度。共鉴定到121个重组热点(70个位于A基因组),16个重组冷点(12个位于C基因组上),其中位于A基因组上的热点中有三分之二与白菜型油菜的育种导入相关。双亲间可以进行全基因组的相互渗入,但不同遗传背景的群体其重组水平存在差异,具有中国半冬性油菜NY7遗传背景的群体重组率要高于欧洲冬油菜Tapidor遗传背景的群体,并且在不同的遗传背景下其重组热点的分布也存在差异,这可能与NY7号中白菜型油菜的育种渗透有关,也可能受到生长环境的影响。高重组率的区域有利于优良等位基因的聚合,如A10染色体上重组热点区域有助于种子含油量有利等位基因的积累;而强烈的人工选择可能反过来又影响重组率,如在A09 染色体上对硫代葡萄糖苷等位基因的强烈选择导致重组冷点;但系谱分析展示,通过杂交设计这些冷点区域又能够很快被激活。以开花期、种子芥酸含量和硫苷含量为例,利用TN双向回交群体成功提升了控制这些性状QTL的解析精度,鉴定到了控制相关性状的候选基因,表明TN双向导入系群体可作为用于QTL精细定位及基因克隆的资源,与候选基因相关联的标记可用于分子标记辅助选择育种。

点评:遗传图谱构建分析异源多倍体重组行为,需要有一定背景知识。

Plant Journal | 湖南农业大学吴德志:解析大麦群体镉积累的遗传机制

Population-level transcriptomes reveal gene expression and splicing underlying Cd accumulation in barley

该研究选取全球具有广泛代表性的100份大麦核心种质,幼苗期镉胁迫处理后分析该群体组织中镉含量和转录组响应的基因型差异。群体转录组分析发现,镉胁迫下大部分转录本上的变异几乎都是中性或者具有非常弱的稳定选择,仅有4.2%的表达基因表型选择分析达到显著水平。

植物中镉转运和积累主要受金属转运蛋白控制,主要有HMA、ZIP、NRAMP和YSL等家族。在大麦中鉴定到108个成员,仅有13个金属转运蛋白编码基因的表达受到显著稳定选择,包括HvIRT2c、HvYSL6、HvZIP2a、HvZIP6和HvNramp4等。另一方面,整合该群体已有的10个表型性状,全基因组关联(GWAS)分析鉴定到2942个位点与其中某一性状显著关联。值得注意的是,鉴定到47个金属转运蛋白基因位于性状QTLs区间,其中30个金属转运蛋白编码基因受eQTLs和可变剪切数量性状位点(sQTLs)调控。研究结果表明,可以通过调节上游eQTLs和sQTLs基因改变下游金属转运蛋白基因的表达,从而调控镉积累,为改良作物镉超标提供了新思路和重要参考。

点评:如何定义基因表达受到选择?

Genome Biology| 综述:T2T组装时代的多基因组比对

Multiple genome alignment in the telomere-to-telomere assembly era

多基因组比对(MGA)首先是通过对基因组中的部分序列进行比对(MSA, multiple sequence alignment)为其分配同源关系。同源区域的准确识别是比较基因组学的基础,是推断进化历史的关键。综述了如何识别基因组中的同源区域,如何鉴定锚点(一些比对算法:Pairwise-Exact: MUMmer、Pairwise-Approximate: LastZ、Multiple-Exact: Parsnp、Multiple-Approximate: ProcrastAligner等),构建比对数据的图形数据结构,局部共线性区块构建。

最后研究人员从如何对结果进行验证和基准测试、提高计算效率、改进锚点锚点鉴定方法、优化LCB构建和基于网络感知的MGA等5个方面对MGA的发展进行了展望。

点评:基因组方法学上很前沿的综述。

TPS|中国农业大学王向峰综述:机器学习技术加速植物精准设计育种

Machine learning bridges omics sciences and plant breeding

该综述准确定义了“精准育种”的含义,并将“精准设计育种(Precision-designed breeding)”划分为“知识驱动的分子设计育种(Molecular design breeding)”与“数据驱动的基因组设计育种(Genomic design breeding)”。论文重点阐述了机器学习技术如何将“知识”与“数据”转化成为育种服务的驱动力,以及如何为基础研究与育种实践之间建立桥梁,加速实现植物领域的精准设计育种。

机器学习主要可以通过两种途径在基础研究和育种实践中建立桥梁。一种途径是从植物生物学的基础研究中认识基因功能和调控机制,从而实现知识驱动的分子设计育种。在明确性状调控基因的功能后,通过分子标记辅助选择、有利等位基因的多基因聚合、基因编辑与合成生物学等技术,对植物品种进行定向改良。另一种途径是直接将机器学习技术应用于商业育种管线,构建各种预测模型和决策算法,从而实现数据驱动的基因组设计育种。

论文首先介绍了现代机器学习技术的主要类型(包括监督式学习、半监督式学习、非监督学习、深度学习等)与最新进展;其次,综述了如何将现代机器学习算法应用于高维多组学数据降维、基因调控网络推断、多组学数据关联分析与基因挖掘,以及候选基因的优先级决策等植物学基础研究中;再次,介绍了基于半监督学习框架的深度学习算法在植物表型组学中的应用进展;最后,介绍了机器学习技术在全基因组选择辅助育种、基因型到表型预测,以及基因型与环境互作建模中的应用进展(图2)。在论文的结论与展望部分,讨论了目前机器学习和人工智能技术在植物研究中面临的挑战和潜在解决方案。此外,本综述还提供了一个应用非监督学习案例,即:如何利用NMF非负矩阵分解算法提高玉米多组学数据关联分析的效率与基因挖掘的精度。

点评:很好的PPT素材。

Mol Plant | 上海市农业生物基因中心罗利军:提出陆稻起源新观点

Integrated phenotypic, phylogenomic and evolutionary analyses indicate the earlier domestication of Geng upland rice in China

通过对全球400份粳亚种的水稻、陆稻地方种进行基于全基因组SNP的遗传分析,发现来源于中国的陆稻、水稻地理分布相同,但遗传分化水平较高,可以分为两个不同的遗传群体。群体遗传学分析表明,在水稻-野生稻、陆稻-野生稻间基因流没有显著差异的情况下,陆稻具有较高的遗传多样性;与野生稻共享更多的私有等位基因;与野生稻的遗传关系更近,说明早先提出的“陆稻由水稻进化而来”的观点值得商榷。陆稻可能并非由水稻演化而来,而是从野生稻直接驯化而来。

水-陆分化基因单倍型分析及对陆稻或水稻特有单倍型进行溯源研究发现:有超过31.8%的陆稻特有单倍型无法在水稻中被检测到,但能在野生稻中被检测到;仅有13.9%的水稻特有单倍型无法在陆稻中被检测到。该结果表明陆稻先于水稻驯化的可能性较高。在氮素形态吸收利用率方面,陆稻与水稻主要表现于对氨氮的吸收利用效率存在显著差异。

最后分析了绿色基因资源的起源与进化机制,发现陆稻的绿色遗传资源主要来源于野生稻,在陆稻进化过程中受到的产量-适应性“双向选择”而被被保留了下来;而水稻则在产量为主的“定向选择”中逐渐丢失了许多绿色性状。

点评:厉害,罗老师专注于陆稻,资源丰富。

The Crop Journal | 西南大学钱伟:鉴定出一个与油菜每角果粒相关的候选基因BnaC09.APT5

Identification of a candidate QTG for seed number per silique by integrating QTL mapping and RNA-seq in Brassica napus L.

油菜中已报道了100多个与每角果粒数相关的QTL,但只有少数功能基因被鉴定出来。该研究通过整合遗传和转录组数据挖掘到了一个与油菜每角果粒数相关的候选基因BnaC09.APT5,并分析了其可能参与油菜每角果粒数调控的代谢途径。

该研究团队利用一份粒数达40粒(6W26)和一份粒数仅10粒(6Q006)的种质资源材料及所衍生的群体,考察不同发育时期的每角果粒数,发现受精后14天的种子败育是粒数差异形成的原因。利用两亲本衍生而来的DH群体进行QTL检测,在C09染色体检测到一个主效位点qSNPS.C09,可解释28.77%~60.64%的表型变异。利用两亲本衍生来的DH群体及F2群体中极端表型混池进行BSA分析和转录组分析,在qSNPS.C09区间内发现一个候选的差异表达基因BnaC09g45400DBnaC09.APT5)。该基因启动子区48 bp的插入序列,导致该基因在多粒和少粒材料授粉后14 天的角果中差异表达,并引起每角果粒数的不同。油菜候选基因关联分析也证实了该基因影响每角果粒数性状。转录组分析结果表明,该基因可能通过细胞分裂素相关的代谢途径调控每角果粒数。

点评:中规中矩,若是能做更多的功能研究最好。

Nature Genetics | 中国农业科学院作物科学研究所宗绪晓:高质量豌豆参考基因组和泛基因组助力豌豆遗传解析和种质资源挖掘利用

Improved pea reference genome and pan-genome highlight genomic features and evolutionary characteristics

研究团队完成了中国豌豆主栽品种“中豌6号”的基因组组装和解析,解决了长期以来悬而未决的豌豆基因组精细物理图谱组装难题,揭示了豌豆基因组结构和进化的独特特征,发掘了一批与粒型、株高和荚型等孟德尔性状和重要农艺性状相关的位点和基因,同时构建了栽培和野生豌豆泛基因组,展示了豌豆近缘野生种和地方品种作为未来豌豆育种改良资源的巨大潜力。

豌豆基因组大小约为4.28 Gb,其基因组中有超过80%的重复序列。研究团队利用中国豌豆主栽品种“中豌6号(ZW6)”,以PacBio 测序为基础,结合 10x 长片段测序、Bionano 光学图谱和Hi-C,以及 Illumina NGS 技术,联合优化多种组装策略,完成了迄今为止最高质量的豌豆基因组精细图谱和基因注释。该基因组组装大小约为3.8 Gb,序列对总共7条染色体的定位率达到97.96%,组装的contig水平N50达到了8.98Mb。通过遗传图谱一致性评估、BUSCO分析、Merqury分析以及LAI分析在内的综合基因组组装评估方法,均表明该组装在连续性、准确性和完整性方面表现优异。

基于118个栽培和野生豌豆的全基因组重测序数据,不仅揭示了栽培和野生豌豆SNP、InDel和SV等不同变异类型的基因组多态性特征,同时基于SNP和SV多态性变异信息的群体遗传结构和系统发育分析,阐明了栽培和野生豌豆的群体遗传结构,支持豌豆属内包含3个物种P. fulvumP. sativumP. abyssinicum的结论。同时在 P. sativum中鉴定出了三个遗传分组,其中 P. sativum II (PSII) 和 P. sativum III (PSIII) 主要对应于代表亚洲和欧洲不同地理区域栽培豌豆的两个遗传分组,可能与豌豆驯化后的传播途径有关。以上结果解决了长期以来关于豌豆属物种划分的争议。

孟德尔通过研究豌豆的七个性状发现了遗传规律,其中四个性状的基因位点已被克隆,而其他三个孟德尔性状,果荚颜色 (GP/gp)、荚型 (V/v) 和花的位置 (Fa/fa)相关的基因位点尚未解析。研究团队利用GBS测序对WJ×ZW6杂交构建的300个F2群体中的12个农艺性状进行了QTL分析,鉴定出了25 个与12个农艺性状相关的QTLs,其中有三个为孟德尔性状相关位点和基因,包括控制粒型(圆粒/皱粒,R/r)和株高(高/矮,Le/le)的孟德尔基因,以及与荚型(硬荚/软荚,V/v)相关的候选基因。

构建了基于116个栽培和野生豌豆全基因组测序的泛基因组,发现栽培和野生豌豆种质资源大部分泛基因组多样性主要存在于不同物种和遗传分组之间,并且以特有基因组序列的形式存在。对豌豆泛基因的PAV分析发现,随着新基因组数目的增加,核心基因的数量减少,而泛基因的数量增加,并逐渐趋于饱和。同时,在多个豌豆基因型中存在的核心基因在其他27 个植物基因组中也更保守,表明它们具备通用的核心功能。基于跨基因组同源基因系统发育分类方法(HOG),研究人员将116个泛基因组的基因聚类生成 112,776个泛基因簇,在不同物种之间显示出差异显著的PAV模式。对不同泛基因分组中特有泛基因的 GO 分析显示出保守基因和可变基因之间的不同功能富集。

点评:对于分析而言并不新颖,能发NG孟德尔功不可没。

PNAS|中国农业科学院棉花研究所:三个异源四倍体棉花基因组填补了棉花驯化历史的空白

Evolutionary divergence of duplicated genomes in newly described allotetraploid cottons

异源四倍体棉花( Gossypium )是研究植物多倍体、分子进化和驯化历史的模式物种。它包括7个种 ((AD)1 - (AD)7),其中陆地棉(G. hirsutum,(AD)1)和海岛棉(G. barbadense,(AD)2)是现在广泛种植的栽培种。陆地棉占全球棉花总产量的90%以上,其野生种基因组图谱还未曾被报道。而野生种艾克曼棉 (AD)6(G. ekmanianum,Ge) 和斯蒂芬氏棉 (AD)7(G. stephensii,Gs)因与陆地棉非常相似,曾被误认为是其野生种。解析这些四倍体棉花的基因组信息,标志着补全异源四倍体棉花的演化拼图。

研究绘制了艾克曼棉Ge、斯蒂芬氏棉Gs和一个早期驯化的陆地棉野生种系尖斑棉(G. hirsutum race punctatum,Ghp)的基因组序列图谱,并结合转录组学的结果,填补了四倍体棉花的演化拼图,表征了棉花及其近缘物种基因组变化。

利用8个异源四倍体棉花基因组(包括 (AD)1 - (AD)7以及Ghp),以及7个代表性的二倍体棉花基因组(G. herbaceum A1,G. arboreum A2,G. longicalyx F1,G. australe G2,G. thurberi D1,G. raimondii D5和 G. turneri D10)以及1个外群物种Gossypioides kirkii (Gki ),重新构建了棉属物种的系统发育树。

研究中以最先形成的四倍体棉花Gm 为参考基因组,采用了3种基于基因组共线性比对的方法(smartie-SV,SVMU和SyRI)和利用Breakdancer检测二代数据变异的方法,在7个棉花基因组中共同检测了平均72,965个插入变异(67,885 - 77,756)、63,126个缺失变异(59,663 - 65,670)和339个倒位变异(297 - 410)。SVs可影响基因表达和功能进化,研究中发现了在Gm 分化之后Gh-like和Gb-like物种在At10上发生了一个450 bp的SV,它影响了棉花纤维长度。在Dt04上检测到了另一个4.48 Mb的倒位变异,伴随着Gh-like和Gb-like进化枝的分化,还有一个值得注意的986.42 Kb 的倒位发生在Dt01上,它在驯化的GhGb 中都被检测到。

通过将新测序的3个基因组与来自5个先前发表的四倍体棉花物种(Gh、Gb、Gt、GmGd)的序列进行泛基因组学分析,结果呈现棉花泛基因大小不会迅速形成平缓的渐近线,表明了棉花存在丰富的基因多样化。此外,还观察到了最多的核心基因家族(68.11%),其次是可有可无的基因家族(25.08%),最后还有6.81%的特异性基因家族。有趣的是,Gh- like 物种的基因数量和比例几乎是其他棉花的2倍,并且陆地棉和海岛棉比其最近的野生亲缘棉具有更少的特异性基因。

与其他7个异源四倍体棉花种相比,在Ghp 中鉴定出了446个扩张基因家族,包含948个基因。为了探索这些扩张的基因家族与环境适应胁迫的关系。通过转录组学手段,在盐处理和干旱处理中分别检测到9,700和1,197个差异表达基因,其中有402 (42.41%) 扩张的基因出现了明显的转录表达变化。

点评:厉害!记得棉花好像已经发过一个二代迭代组装的pan-genome

Hortic Res | 湖北科技学院&华中农业大学:利用全基因组重测序深入了解桂花花色遗传多样性和进化

Whole genome resequencing of Osmanthus fragrans provides insights into flower color evolution

本研究组装了秋桂类桂花品种'柳叶金桂'的高质量基因组,对收集的122个桂花样本资源(包括119个桂花品种和3个木犀属其他物种)进行了重测序。通过基因组遗传多样性分析发现,这119个桂花品种形成了明显的区域集群,且橙红花色的丹桂品种群经历了更明显的人工定向选择。由此推测丹桂的产生可能是芽变的结果。

通过全基因组关联分析,研究者进一步确定了桂花橙色花性状相关的SNP位点和候选基因。此外,研究还发现丹桂品种群桂花的类胡萝卜素裂解双加氧酶4基因(CCD4)的第一个编码区中出现了34bp缺失,该移码突变也可能与丹桂的进化有关。该研究为桂花品种的遗传进化及重要观赏性状花色形成研究提供了一定的思路。

点评:HR也就只能这样了

PBJ | 中国热科院&华中农大:揭示中国花椒“Chinese Pepper”基因组进化和适应性演化特征

The complex genome and adaptive evolution of polyploid Chinese pepper (Zanthoxylum armatum and Zanthoxylum bungeanum)

基于高深度的三代测序数据(>260×)和高准确性的Canu进行contigs的组装,获得目前为止芸香科最为连续的contigs组装结果。对于染色体数目较多、基因组复杂(2n=4×=132)的多倍体物种来说,染色体的挂载面临巨大挑战,经过多次探索,提出“边聚类边去冗余”的策略结合HiC数据进行高杂合序列的去除和染色体的定向和挂载,最终完成了同源四倍体Zanthoxylum armatum 和异源四倍体 Zanthoxylum bungeanum基因组的高质量拼接和染色体锚定,并鉴定出各自的亚基因组。基因组进化分析表明剧烈的基因组重排和两次全基因组复制造就了花椒基因组大(~4.5 G)、重复序列比率高(>82%),杂合度高(>6%)和染色体数目多(2n=4×=132)的特性。

通过多组学数据,结合基因表达的亚基因组偏好性和TE在基因区的插入,揭示了亚基因组差异在花椒独特的花器官退化、无融合生殖和利己素合成中的遗传基础。揭示了花椒基因组进化和表型创新与晚新生代严酷的生态因子,特别是寒冷和/干旱的气候条件相一致,表明了花椒适应性演化与基因组进化、环境驱动的一致性。

点评:复杂基因组组装提出新方法,比较基因组需要很扎实的背景知识。

Nature | 美国纽约大学:1320个RNA-Seq揭示了水稻适应性进化的分子机制

The strength and pattern of natural selection on gene expression in rice

为了研究自然选择对水稻基因表达的类型和强度的变化,该研究评估了两个水稻群体的转录组变异,其中一组包括136个分布不同的籼稻品种,另一种包括84个分布不同的粳稻品种。然后将两组水稻群体分别种植在干旱和水分充足的实验田里,每个品种种植三重复植株。在播种后50天(相当于在旱地停水17天后)使用了mRNA-Seq方法测序共计1320株植物叶片的mRNA水平,随后使用表型选择分析在干旱和湿润条件下15635个基因转录水平的选择类型和强度变化。

研究表明,在水分充足条件下,大多数转录本的变化(几乎)是中性的,表明水稻处在相对较弱的选择条件下。但是在干旱条件下,水稻受到的选择强度更强。同时,研究进一步表明,选择强度与顺式元件的调控水平和表达网络连接性呈弱的负相关性,这与之前报道是相似的。利用多变量分析表明,选择压力会作用于光合作用相关基因的表达,但在干旱条件下,选择的效果会受到遗传的限制。同时,由于开花时间是干旱条件下最强选择的性状,研究表明干旱条件下,促进开花的MADS转录因子OsMADS18表达的增加与早开花紧密相关,表明OsMADS18是一个重要的干旱逃逸基因。

综上所述,该研究使用表型选择分析的方法,可以测量整个基因组中单个基因正在进行选择的强度和类型,为以后通过调节基因表达来驱动适应性进化的内在和外在因素提供了可能性。

点评:纯RNA-seq发Nature。基因表达选择分析文中提供了代码,可参考。

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pjx1990
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