PBJ | 基于149份材料靶向测序数据结合全基因组关联分析揭示小麦光能利用相关遗传位点
普通小麦是一个由三个密切相关的亚基因(AABBDD)组成的异源六倍体。它被认为起源于两次多倍化事件:第一次是野生四倍体小麦(AA)与未发现的节节麦谱系(BB)杂交形成的四倍体，距今约50万年;第二次是原始四倍体杂种(AABB)与野生二倍体节节麦(DD)杂交形成的六倍体，约10,000年。在这一事件中，相比于其他亚基因组（A/B），D基因组的整合是相对有限的，这也导致了了D亚组多样性的遗传瓶颈。为了缓解这一遗传瓶颈，CIMMYT通过硬粒小麦（T. turgidum ssp.durum, AABB）与山羊草（D）的种间杂交创造了1200多个合成六倍体小麦品系，研究显示这些材料具有广泛的产量和抗性优势。尽管合成小麦和基因导入对育种工作具有极大的有贡献，但是对这些群体中的变异信息研究却很少。
近日，英国厄勒姆研究所Anthony Hall团队在Plant Biotechnology journal上发表题为“Uncovering candidate genes involved in photosynthetic capacity using unexplored genetic variation in Spring Wheat”的研究文章，作者利用捕获测序对育种材料进行基因分型，并结合全基因组关联分析在小麦中鉴定了潜在的与光利用相关的遗传位点。
作者利用之前报道的方法开发了总长度为12Mb的靶向序列，用以对目标群体进行靶序列捕获测序。在149材料中总共获得186亿个reads。每个材料平均包含764825个纯合SNPs，标记密度为45snps/Mb。其中96.9%的SNPs位于基因间区，3.1%位于基因区。与此同时，49%SNP导致同义替换，51%导致非同义替换。外来种群在所有亚基因组中的SNP率均增加，A、B和D基因组的SNP率分别为5%、10%和62%。在筛选缺失数据<10%的SNP位点后，MAF>5%的SNP位点保留了241907个，其标记密度为17个SNPs/Mbp，其中B基因组的密度最高，其次是A和D，分别为25、16和9个SNPs/Mbp。
图一 测序群体的遗传分析
比较精英亚群和外来亚群中D基因组的SNP密度，发现外来亚群的变异增加了62%。就染色体而言，3D增加幅度最大，约为200%。然而，这些增加并不是普遍存在的，例如1D上的SNP数量就没有显著增加。进一步分析表明，这些D基因组SNP密度的增加呈现较为集中的模式（图2）。与中国春参考基因组相比，精英品系几乎没有表现出多样性。而在人工合成群体中，所有的D亚基因组染色体都含有SNP密度显著增加的区域。与精英亚群相比，在所有含有合成谱系史的材料中，每个位点的平均单核苷酸多态性变异增加了5倍。这相当于合成亚群中可能起源于供体D基因组的序列约2.65 Gbp（67.1%）。
图2 人工合成小麦D基因组中供体导入鉴定
基于采集的表型和基因型进行全基因组关联分析，从23个性状中鉴定出47个候选位点，其中包括了总叶绿素含量、叶绿素b含量，和类胡萝卜素含量。并推测了一批可能与表型相关的候选基因。
图3 总叶绿素含量全基因组关联分析结果
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.13568