Nat Communi| 韩国科学家解析大豆驯化过程中的有害突变一直在减少,并构建了可作为GWAS分析的标准参考图谱

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eplants    2021-01-06    962

  2021年1月4日,Nature Communications 在线发表了韩国生物科学与生物技术研究所生物评价中心Soon-Chun Jeong教授团队和韩国农村发展管理局作物科学研所的Jung-Kyung Moon为共同通讯作者的题为The patterns of deleterious mutations during the domestication of soybean 的研究文章。分析了

  ,构建了高质量的大豆种子蛋白质和油的SNP变异图谱,该图谱可以作为提高油脂和蛋白质性状GWAS的基因型分配的参考图谱。

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  大豆是全球范围内的一种重要农作物,因为它是种子蛋白质和油的主要来源。栽培大豆(Glycine max)是在大约7000-9000年前由野生大豆(Glycine soja)驯化而来的。因为大豆是自花授粉作物,这种自交植物物种世代间重组事件的积累可能导致对有利和有害突变的快速固定和弱选择。此外,在驯化过程中由于遗传瓶颈而导致的有效种群数量的减少使得通过遗传漂移所固定下来的等位基因的随机性增大。有害突变被认为是其他主要作物近亲繁殖衰退和杂种优势的遗传基础,包括具有异交交配系统的玉米和木薯。因此,了解野生大豆到驯化大豆连续体中有害突变的全基因组模式有助于更好地优化大豆育种和潜在的其他主要作物。

  本研究中,作者对418个驯化大豆品种(Glycine max)、345个野生大豆品种(Glycine soja)和18个天然杂交品种(G.max/G.soja)的进行了高深度(>13X)的全基因组测序(WGS)分析,获得了这718种大豆品种的全基因组变异图谱,鉴定了1060万个SNP和140万个Indels。

  进一步对183个驯化品种的驯化位点,以及在驯化和改良过程中推测的有害突变的模式进行了分析,结果表明,与野生大豆相比,驯化大豆的总体有害突变减少了7.1%,从地方大豆到改良大豆的有害突变进一步减少了1.4%。同时,有害等位基因的水平也在驯化过程中进一步降低。

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  Neighbor-joining tree of the 781 soybean accessions

  将供试材料分为4个色系:野生大豆红色、驯化大豆黑色、黄河中游地区的大豆橙色和杂交种蓝色,并对其进行了分类研究

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  Genomic landscape of selection signals for domestication in soybean

  大豆驯化选择信号的基因组图谱

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  驯化大豆和野生大豆群体突变压力分析的箱线图

  同时更重要的分析是,作者利用高精度的大豆基因组参考序列,重新对大豆种子的蛋白质和油两个表型进行了GWAS分析,并在最初的12,116大豆群体中消除了许多几乎相同的材料。然后,利用SoySNP50K数据中的36,489个SNP对8844份非冗余大豆材料进行了4,467,134个SNP基因型分析,3,082,234个SNPs用于GWAS,过滤后Beagle R2的中位数为0.95。不出所料,种子油和蛋白质都出现了主峰。有趣的是,在油和蛋白质的GWAS中,都出现了10多个新的次要显著峰,主要位于第2、4和10号染色体上。

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  综上,本研究分析了大豆驯化过程中的有害突变模式,构建了高质量的大豆SNP变异图谱,该图谱可以作为提高油脂和蛋白质性状GWAS的基因型分配的参考图谱。除了那些由于自交而产生的独特的基因组变异特征外,作者认为其开发的大豆变异图谱和方法可以直接用于大豆的遗传变异的快速和精准挖掘。

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