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文献解读

萝卜超高密度遗传图揭示基因组重组事件及共线性关系

发布日期:2019-07-03 浏览次数:206



摘要

高密度遗传图是探索新基因组信息、QTL定位以及农艺性状基因挖掘的重要的技术手段。然而关于萝卜中应用于定位重要性状基因或者检测重组事件的高密度遗传图的记录并不多。本研究利用全基因组重测序策略构建了包含9个连锁群,411891SNP标记,全长1306.8cM的萝卜超高密度遗传图。针对11种园艺性状进行QTL定位,共检测到18QTL。根据图位克隆数据分析表明RsMYB90是主根皮色重要的候选基因,通过与芜菁、甘蓝的基因组进行共线性分析发现在萝卜基因组中存在多个重排事件。在萝卜的9条染色体上,重组事件分布的极不均匀,504个重组热点富集在基因启动子和终止子附近。重组热点的重组频率是和SNP,基因密度,GC含量是正相关的。功能注释表明,重组热点区域的基因主要参与代谢过程和结合。有3个性状对应的3QTLs定位在热点区。研究结果为萝卜基因组的进化和重组提供了新的视角,通过对萝卜重要性状的定位和解析为分子育种提供了有效的策略。

材料方法

遗传图群体:NAU-LB(白) x NAU-YH(红) F2137株),测序策略:Illumina HiSeqTM2500NAU-LB17.3X),NAU-YH12.7X),F27.2X)。

测序reads比对萝卜参考基因组:BWA 比对(‘WK10039’ http://radish-genome.org/)

只保留单独比对到基因组的reads进行SNP识别,标记类型为aa x bb用来构建遗传图,标记深度≥4,一个等位基因至少出现在30%的子代中。

花青素含量测定:0.3g萝卜皮,用多模微板阅读器(Infinite M200)计算溶液吸光度。

Binmap构建:卡方检验分析标记的分离比,显著偏分离标记过滤(p<0.001),采用滑动窗口方式计算来自双亲的SNP等位基因频率以及重组位点的识别;一个窗口包含15SNP且无缺失信息用来进行基因型判定,划窗内超过11SNP标记以上是来自同一亲本,该位点认定为纯合,否则为杂合(单个子代);连续100kb在整个F2群体中基因型都一致,判定为一个重组bin;每个bin被当做一个标记用来构建遗传图(JoinMap 4.0,重组频率小于0.4LOD≥6),遗传-物理位置可视化:ALLMAPS program。卡方检验Binmarker分离比:一个区域包含3个或以上连锁bin存在偏分离(p<0.005),被认定为偏分离区域。

QTL定位:MAPQTL 6.0nonparametric Kruskal–Wallis (KW) testp≤0.001);连锁群及鉴定到的QTL画图:MapChart version 2.2

BSA混池:10个红皮(R),10个白皮(W),snp index<0.3,深度<7SNP过滤掉。

共线性分析:MCScanX,与黄瓜、芜菁、甘蓝基因组同源比对(E-value < 1.0E-10),多比对结果只保留最好的。画图:CIRCOS program

重组热点区:重组率大于1.0 cM/MbqRT-PCRROCHE LightCycler 4803个生物学重复,萝卜actin基因作为内参。

研究结果

1、萝卜高密度遗传图构建


构建了包含378738SNP2852bin的萝卜超高密度遗传图,binmarker平均长度120.91kb,偏分离bin335p<0.005270p<0.001

2、萝卜重要园艺性状QTL定位

10种性状共鉴定到17QTLs,其中7个和已报到的QTL定位在相同连锁群,平均定位区间168K

利用BSA策略,对萝卜皮色基因进行定位分析,在7号染色体的9-11.6Mb区间定位到与皮色相关位点R locus。定位区间挑选34indel标记在双亲和混池中验证多态,其中10对是多态标记,在40F2单株中将R locus锁定在indel标记NRSID4—NRSID11,进一步利用包含145F2的群体将R基因缩小到NRSID8—NRSID1174kb)。

72kb区间内存在14个基因,其中Rs388430是一种R2R3-MYB家族转录因子,与拟南芥的AtMYB90/PAP2(调控花青素生物合成)是同源基因。

Rs388430在播种后20-40天的两亲本之间均表现为现在差异表达,在不同材料中也表现为红色萝卜中有表达,白色中几乎没有表达。


3、萝卜遗传图与芸薹属物种基因组共线性分析

所有的binmarker均比对到基因组上,对应80.7%基因组范围。遗传图和基因组之间具有较高的共线性,1,2,3,4连锁群与基因组之间存在部分区域的倒位。

a/b.萝卜遗传图与甘蓝基因组共线性分析;C/D.萝卜遗传图与芜菁基因组共线性分析;(与芸薹属物种相比从共同祖先进化而来过程中发生了大量基因组重排)

4、萝卜重组事件分析

萝卜全基因组重组频率为3.8cM/Mb,端粒区域重组频率最高,近着丝粒去重组受到抑制。每条染色体重组事件与染色体物理长度没有显著相关性。共鉴定到504个重组热点区(RHRs),在9条染色体上分布不均匀(6.1-850kb),5号染色体RHR最多,2,3染色体最少。6号染色体最高的重组区域(39.97 cM/Mb),重组热点和GC含量、SNP密度、基因密度均表现为正相关。b.和随机区域相比重组热点区域和基因区(外显子,内含子,UTRTSSTTSoverlap更多。c.RHR与外显子overlap>内含子,在超过5个外显子的基因中第一个外显子的重组率高于最后一个外显子。d.随机区域和重组热点区,重组频率均是在近TSSTTS高于其他转录区。


参考文献

An ultra-high density genetic map provides insights into genome synteny, recombination landscape and taproot skin color in radish (Raphanus sativus L.).Plant Biotechnology Journal.2019