諾禾致源高分文章集錦-植物基因組

1、陸地棉基因組測序揭示四倍體棉進化與纖維發(fā)育機制Sequencing of allotetraploid cotton (Gossypium hirsutum L. acc. TM-1 provides a resource for fiber improvement 研究對象:陸地棉遺傳標準系TM-1期刊:Nature Biotechnology影響因子:41.514合作單位:南京農業(yè)大學發(fā)表時間:2015年4月摘 要Upland cotton is a model for polyploid crop domestication and transgenic improvement. Her

2、e we sequenced the allotetraploid Gossypium hirsutum L. acc. TM-1 genome by integrating whole-genome shotgun reads, bacterial artificial chromosome (BAC-end sequences and genotype-by-sequencing genetic maps. We assembled and annotated 32,032 A-subgenome genes and 34,402 D-subgenome genes. Structural

3、 rearrangements, gene loss, disrupted genes and sequence divergence were more common in the A subgenome than in the D subgenome, suggesting asymmetric evolution. However, no genome-wide expression dominance was found between the subgenomes. Genomic signatures of selection and domestication are assoc

4、iated with positively selected genes (PSGs for fiber improvement in the A subgenome and for stress tolerance in the D subgenome. This draft genome sequence provides a resource for engineering superior cotton lines.關鍵詞陸地棉;de novo ;四倍體取 材建庫測序1. 基因組測序:陸地棉遺傳標準系 TM-12. 轉錄組:160個組織小片段庫:180, 300, 500 bp 大片段

5、庫:2, 5, 10, 20 Kb Illumina HiSeq 2000Sanger 測序BAC-end 組裝注釋軟件:SOAPdenovo contig N50:34.0 Kb scaffold N50:1.6 Mb 基因組注釋:重復序列注釋,基因結構注釋,基因功能注釋,非編碼RNA 注釋信息分析 1. 陸地棉基因圖譜繪制2. A 亞組和D 亞組非對稱進化3. A 亞組和D 亞組對陸地棉性狀的互 補性貢獻 4. 棉纖維關鍵基因的表達及進化分析研究背景陸地棉(Gossypium hirsutum L.隸屬錦葵目(Malvales,錦葵科(Malvaceae,棉屬(Gossypium ,因最早

6、在美洲大陸種植而得名,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。盡管陸地棉在棉花產業(yè)中占據(jù)核心地位,但由于其為異源四倍體,相關的全基因組測序工作一直難以開展。來自南京農業(yè)大學、北京諾禾致源、美國德克斯大學的國際團隊,利用最新測序技術,成功構建了高質量的陸地棉全基因組圖譜,為進一步改良棉花的農藝性狀提供了基礎,同時也為多倍體植物的形成和演化機制提供了新的啟示。方法流程植物研究結果1、陸地棉基因圖譜繪制陸地棉基因組大小為2.5 Gb,組裝結果contig N50達到34 Kb,scaffold N50達到1.6 Mb,其中92%的scaffold 可定位到染色體上。組裝結果優(yōu)于

7、目前已測序的多倍體植物油菜(N50=764 Kb、煙草(N50=345-386 Kb等。2、A 亞組和D 亞組非對稱進化通過比較陸地棉(AADD、雷蒙德氏棉(DD和亞洲棉(AA的基因組序列,估算出陸地棉形成于一百萬至一百五十萬年前。在陸地棉形成后的一百多萬年內,A 亞組不僅有更高的蛋白質進化速率,其染色體重排發(fā)生頻率與及基因丟失和失活的頻率均顯著高于D 亞組(圖 1。3、A 亞組和D 亞組對陸地棉性狀的互補性貢獻分析發(fā)現(xiàn)811個正選擇基因(470個在A 亞組,341個在D 亞組,在A 亞組中,正選擇基因與纖維長度的發(fā)育有重要關系;而在D 亞組中,正選擇基因多與抗性有關。該結果表明陸地棉繼承了兩

8、個祖先種中各自的優(yōu)良性狀,因此具有良好的纖維品質及廣泛的適應性。4、棉纖維關鍵基因的表達及進化分析對MYB 、CESA 等纖維發(fā)育相關的重要基因開展了表達及進化分析。MYB 基因家族中的一個分支在纖維發(fā)育中起重要的作用;陸地棉中多個CESA 基因在馴化過程中受到了顯著的正選擇作用,可能與棉纖維品質的改良有直接關系(圖2。圖1 異源多倍體棉花基因組共線性分析與非對稱進化分析參考文獻Zhang T, Hu Y, Jiang W, et al . Sequencing of allotetraploid cotton (Gossypium hirsutum L. acc. TM-1 provides

9、 a resource for fiber improvement J. Nature biotechnology, 2015, 33(5: 531-537.圖2 MYB 基因家族表達模式分析野生大豆泛基因組闡明遺傳多樣性與重要農藝性狀De novo assembly of soybean wild relatives for pan-genome analysis of diversity and agronomic traits 研究對象:大豆期刊:Nature Biotechnology影響因子:41.514合作單位:中國農業(yè)科學院作物科學研究所發(fā)表時間:2014年9月摘 要Wild r

10、elatives of crops are an important source of genetic diversity for agriculture, but their gene repertoire remains largely unexplored. We report the establishment and analysis of a pan-genome of Glycine soja , the wild relative of cultivated soybean Glycine max, by sequencing and de novo assembly of

11、seven phylogenetically and geographically representative accessions. Intergenomic comparisons identified lineage-specific genes and genes with copy number variation or large-effect mutations, some of which show evidence of positive selection and may contribute to variation of agronomic traits such a

12、s biotic resistance, seed composition, flowering and maturity time, organ size and final biomass. Approximately 80% of the pan-genome was present in all seven accessions (core, whereas the rest was dispensable and exhibited greater variation than the core genome, perhaps reflecting a role in adaptat

13、ion to diverse environments. This work will facilitate the harnessing of untapped genetic diversity from wild soybean for enhancement of elite cultivars.關鍵詞大豆;泛基因組;SOAPdenovo;農藝性狀研究背景大豆是重要的油料和高蛋白糧飼兼用作物,近年來,我國乃至世界大豆育種難以取得突破性進展,單產停滯不前,其主要原因是目前大豆品種的遺傳基礎狹窄,匱乏的基因源成為制約栽培大豆育種研究的關鍵。野生大豆具有較強的抗逆性和繁殖能力,是栽培大豆重要

14、的基因資源?；蚪M測序:東北、華北、黃淮、華南、日本、韓國及俄羅斯的7株亞洲地區(qū)代表性野生大豆品種小片段庫:180, 500 bp 大片段庫:2 Kb Illumina HiSeq 2000軟件:SOAPdenovocontig N50:8-27 Kb scaffold N50:17-65.1 Kb基因組注釋:重復序列注釋,基因結構注釋,基因功能注釋,非編碼RNA注釋1. 泛基因組構建2. 變異檢測及注釋3. 進化分析4. 農藝性狀基因定位方法流程取 材建庫測序組裝注釋信息分析植物圖1 7株野生大豆共有和特有基因集參考文獻Li Y, Zhou G, Ma J, et al . De novo

15、assembly of soybean wild relatives for pan-genome analysis of diversity and agronomic traits J. Nature biotechnology, 2014, 32(10: 1045-1052.3、變異檢測及注釋以栽培大豆基因組為參考,7株野生大豆分別鑒定出SNP 3.6-4.7百萬個,其中0.12-0.15百萬個位于編碼區(qū);InDel 0.50-0.77百萬個,2,989-4,181個導致了移碼;大量的變異位點(44-53%為重測序手段未能識別出的新位點(圖2。4、進化分析野生大豆與栽培大豆的祖先約在80萬年前即發(fā)生了分化(圖3;正選擇分析發(fā)現(xiàn)栽培大豆受選擇的基因多與抗旱有關,而野生大豆中受選擇基因非常多樣化。5、農藝性狀基因定位鑒定出大量與抗逆、抗病、花期、產油量和高度等重要農藝性狀相關基因和變異,例如14號染色體上一段8 Kb 的片段與野生大豆抗逆和植物發(fā)育相關,野生大豆和栽培大豆開花時間的差異與開花時間調控基因SNP 和InDel 變異有關(圖 4。研究結果1、組裝和注釋7株野生大豆基因組最小為889.33 Mb。最大為1118.34 Mb,7株野生大豆基因組組裝結果contig N50約7.