政策资讯协会

省钱省时!小样本重测序发文的诀窍在哪里? | 发文36计

来源:bgitech2476267878    发布时间:2019-02-25 15:59:16

几个样本,只是做重测序没办法发好文章?科技君原以为想要挖掘和表型相关的基因需要群体,个体重测序只能检测变异信息,没有办法深度挖掘生物学故事。但是看了下面的内容,科技君认为这也没有什么不可能。


全文约2200字,建议阅读5分钟。


千姿百态的大自然由丰富多彩的动植物和其他生物共同组建,他们表型的多样性来源于丰富的遗传变异信息。动植物主要的遗传变异包括单碱基变异(SNP)、插入缺失(InDel)、结构变异(SV)、拷贝数变异(CNV)等,就是这些不同类型变异的存在,使得动植物间出现了颜色差异、抗病性差异、品质差异、和其他各种农艺性状差异。变异信息是我们进一步研究动植物表型差异的基础,它们可以作为分子标记帮助研究人员挖掘和选育优良的种质资源。


随着测序技术的发展,动植物变异检测有多种技术手段可以选择,现在我们可以根据具体需求选择最适宜的技术手段。


表1.动植物变异检测技术比较



不同的技术手段适用于不同的群体类型和研究目的,总的来说基于不同分型手段的研究方向如下所示,但大部分的研究方向都需要有对应的群体,如自然群体、家系群体、突变体等。






那么如果只是几个样本测序,不属于特定的群体类型但又想要深度挖掘生物学故事就无解了吗?当然不是,我们有充足的证据证明这种言论是错误的。利用高通量测序检测变异信息可以继续进行进化、功能基因挖掘等研究。针对少量个体的重测序,也是有多种研究策略的,下面我们来一看究竟:



1.优良性状个体测序,与大量的已知数据库信息比较,筛选独特位点


Lyu J, Zhang S, Dong Y, et al. Analysis of elite variety tag SNPs reveals an important allele in upland rice[J]. Nature communications, 2013, 4. (华大参与)


经过长期人工选育的具独特性状的作物优良品种,很可能固定了一些在祖先基因库中以低频状态存在的优质等位基因(elite allele)。这些优质等位基因贡献了该优良品种的优良农艺性状。在传统的遗传学研究中,科学家使用数量性状位点连锁作图(Quantitative trait loci linkage mapping)或关联作图(Association mapping)的方法定位农艺性状相关基因。但是,连锁作图需要耗费长时间构建分离群体,而关联作图对于群体中以低频状态存在的等位基因定位功效低。


为了高效快速地鉴定优质品系中的优质等位基因,新的鉴定方法——改良品系标签位点分析(Elite variety tag SNP analysis, ETAS analysis)被提出。本文选择6个优良的水稻品系与2个大的control样本数据进行比较,检测改良品系标签位点(ETASs)。




材料选择

优良品种:6个优良的水稻品种
Guichao2:indica,产量高;
Minghui63:indica, 雄性不育恢复系,抗稻瘟病;
IR64:indica,广泛的适应性和产量高;
IRAT104:japonica, 抗旱;
Koshihikari:japonica, 香味;
Chujing27:japonica, 产量高,广泛的适应性;

已发布的数据包括control I (40个栽培种主要是地方种,25个野生种),control II(517个中国地方种)。

技术应用

全基因组重测序每个测序~15X。

分析结果 

使用ETAS 分析,在著名的水稻改良品种,如高产的Guichao2、抗旱的IRAT104中,鉴定出与这些改良品种对应的标签位点;


进一步对陆稻IRAT104中的一个标签位点深入分析发现,此位点在陆稻与水稻中具有很大的频率差异(61% vs 3%),且其附近具有显著的人工选择信号;功能分析表明,此位点落在脱落酸合成的限速酶NCED基因的编码区;


通过个体基因组与群体基因组的比较,可以为鉴定改良基因提供重要依据。



2.进化研究


Mei C, Wang H, Zhu W, et al. Whole-genome sequencing of the endangered bovine species Gayal (Bos frontalis) provides new insights into its genetic features[J]. Scientific reports, 2016, 6.(华大参与)


大额牛(Gayal)是半野生濒临灭绝的牛品种,多种表型有别于家牛,而且其遗传背景未知。它的染色体条数(2n = 58)与家牛(Bos indicus和Bos taurus 染色体条数2n = 60)和印度野牛(Bos Gaurus染色体条数2n = 56)都不同。之前有报道称大额牛与家牛可以杂交,雌性后代可育,但是雄性后代不一定可育。大额牛经过自然选择但是未经过人工选择,还保留了它特有的性状。本文通过全基因组重测序深度解析大额牛的遗传特性。

 

材料选择

大额牛Gayal(半野生),红安格斯牛RAN和日本黑牛JBC作为对照。

技术应用

全基因组重测序平均11.78X。

分析结果

Gayal检测到的SNP有62.24%是其特有的,其中16,901个品种特异性非同义SNP与Gayal的一些性状关联;

利用PSMC分析发现牛的进化历史上有2次扩张和2次瓶颈效应;

结合原有已发表数据进行进化分析发现Gayal是雄性野牛和雌性家牛的杂交后代。



3.抗性诊断标记开发


Yang H, Jian J, Li X, et al. Application of whole genome re-sequencing data in the development of diagnostic DNA markers tightly linked to a disease-resistance locus for marker-assisted selection in lupin (Lupinus angustifolius)[J]. BMC genomics, 2015, 16(1): 1.


随着分子育种的发展,标记辅助选择已经成功用于商业品种的选育。但在育种过程中发现还有很大一部分的标记辅助选择(MAS)、QTL、分子标记的育种效果并未发挥作用。MAS需要标记与目标性状相关基因紧密连锁最好是共分离,另外标记需要具有广适性即该标记能用于大范围的种质筛选中。同时满足这两点需求的标记比较难获得。传统方法检测功能性标记和诊断标记耗时都比较长。


高通量测序可以用于开发高密度的分子标记,同时还可以帮助快速挖掘诊断标记。抗茎枯病是羽扇豆育种的主要发展方向之一,之前研究发现至少有Phr1Phr1 PhtjR三个主要的基因在澳大利亚驯化羽扇豆中发挥作用,但是没有挖掘到能够成功用于MAS的PhtjR共分离的标记。本文利用全基因组重测序方法快速检测到了多个候选的诊断标记。




材料选择

9个羽扇豆栽培种:Unicrop、Yorrel 、Merrit、 Kalya 、Tallerack、 Quilinock 、Mandelup、 Coromup、 Jenabillup,参考基因组序列为Tanjil且携带有PhtjR基因;


Tanjil 和Unicrop构建的F8群体,之前已构建过遗传图谱。

技术应用

每个栽培种全基因组重测序9-15X。

分析结果

测序数据与参考基因组比对检测到180,596-795,735个SNP和33,094 -122,513个InDels;

共207,887 标记锚定到羽扇豆遗传连锁图谱上,其中387 个SNP和87个InDel与一些重要的农艺性状相关的11个基因连锁;

利用作图群体定位结果和重测序数据检测到17个候选诊断标记与抗茎枯病基因PhtjR连锁,选择10个标记(5个诊断标记、5个非诊断标记)验证了5个诊断标记的有效性;

连锁分析定位到与PhtjR基因连锁最紧密的3个基因位于一个scaffold上,利用重测序数据在这个scaffold上检测到489个SNP标记和101个InDel标记,其中有187个SNP和56个InDel标记在所有10个样品中与PhtjR基因表型关联,也可以认为是诊断标记。选择6个SNP和4个InDel经验证3个SNP和2个InDel为诊断标记。


下面,我们来划一下重点(敲黑板)——个体重测序进行上述研究需要哪些条件?


前提是,您首先要有明确的研究目标,然后才是清晰的研究步骤。


1.找到个体重测序的样本。
——这真的不是一句废话。


2.进行深度高一些的全基因组重测序。
——高深度测序保证基因组覆盖度和变异检测的准确性。


3.针对本物种遗传背景的知识储备。
——特别重要。不过可能需要对该物种更了解的您来主导。


4.大量的本物种的、已知的、可获得的基因组数据。
——非常重要。个体重测序需要大量本物种的数据辅助过滤,以找到测序样本特有信息。


5.确定研究要点进行信息分析。
——需要强强联合。科技君内举不避亲,自信推荐华大团队,毕竟上面的前两篇文章华大都有参与,经验值还是很厉害的!



撰文:小   萍

编辑:市场部



猜你喜欢




请继续关注“BGI华大科技”公众号,

科技君将一如既往地为你提供精彩内容!

如有相关问题,欢迎后台留言~~

关注华大科技,尽享精彩科研!

协会简介

  政策资讯协会是由民间人士依据相关法律自发组织成立的一个公益性组织,协会提供各个地区的相关政策及政府动态。

组织机构

待定

协会宗旨

  协会致力于向各地民众提供当地政府出台的相关政策,使得民众更加关心国家政策。