中國大豆,中國科學!貝瑞基因助力高質量中國大豆基因組發布

2018年7月27日,中國科學院遺傳與發育生物學研究所聯合中國科學技術大學、江蘇省農業科學院種質資源與生物技術研究所和北京貝瑞和康生物技術有限公司在Science China Life Science期刊上發表了題為“De novo?assembly of a Chinese soybean genome”的研究論文,報道了國審大豆品種中黃13的高質量基因組信息(Gmax_ZH13)及其注釋信息。貝瑞基因信息分析工程師張海寬、邢世來以作者身份參與了此文中大豆基因組組裝和生物學分析部分的工作。

大豆是重要的糧食經濟作物,為人類提供了主要的油料和蛋白資源。大豆起源于中國,古稱“菽”,約在5000年前左右由其野生種馴化而來,隨后廣泛傳播于世界各地。大豆在引種和改良過程中產生了遺傳瓶頸效應,使得來自不同主產區的大豆品種間具有顯著的遺傳變異。目前,我們廣泛采用的大豆參考基因組來源于一個美國品種Williams 82(Glycine_max_v2.0)。該單一品種的基因組并不能完全代表所有大豆的遺傳變異,特別是和美國地理距離遙遠具有明顯遺傳變異的亞洲品種。另外,在功能研究中發現該基因組存在多處組裝錯誤,影響了功能基因的定位挖掘。中黃13高質量基因組的發布,對于中國大豆產量提升和精準育種起到指導作用,為中國大豆的戰略發展奠定一個堅實的基礎。

在該文章中,該研究團隊結合PacBio Sequel單分子實時測序(SMRT)、Bionano Saphyr單分子光學圖譜(optical?mapping)和高通量染色體構象捕獲技術(Hi-C),對Zhonghuang 13品種的基因組進行從頭組裝,最終得到1.025?Gb的基因組序列,包含20條染色體和1條葉綠體。該基因組Contig?N50為3.46?Mb,Scaffold N50?為51.87 Mb,是目前基因組連續性最好的植物基因組之一。進一步分析表明,Gmax_ZH13和Williams 82基因組之間存在著大量的遺傳變異(圖1),包括1,404個易位事件、161個倒位事件、1,233個倒位易位事件,以及在Gmax_ZH13中出現的505,506個小插入/缺失(1-99?bp)和17,409個大插入/缺失(≥100 bp)。

圖1 Gmax_ZH13和Glycine_max_v2.0的基因組比較分析

此外,該團隊整合大量轉錄組數據為Gmax_ZH13基因注釋基因構建了一個完整的基因共表達網絡。通過已報道控制大豆開花時間的基因與新定位的QTL或GWAS區間內候選基因的共表達關系,對新定位區間內控制該性狀的基因進行更精準地篩選,得到26個可能控制大豆開花時間的基因,并利用自然群體遺傳變異和表型差異的關聯對其中部分基因進行了驗證(圖2),這為重要農藝性狀基因的挖掘提供了新的思路。Gmax_ZH13基因組的發表為大豆基礎研究提供了非常重要的資源,為國產優異大豆品種的培育奠定了堅實的基礎。

圖2?利用基因共表達網絡精確篩選與大豆開花時間相關的GWAS/QTL區間中的候選基因

中國科學院遺傳與發育生物學研究所田志喜研究員課題組的申妍婷博士為該論文的第一作者,田志喜研究員為論文通訊作者,中國科學技術大學馬世嵩教授和江蘇省農業科學院種質資源與生物技術研究所杜建廠研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、中國科學院A類戰略性先導科技專項和植物細胞與染色體工程國家重點實驗室項目的資助。

Shen, Y., Liu, J., Geng, H., Zhang, J., Liu, Y., Zhang, H., Xing, S., Du, J., Ma, S., and Tian, Z. (2018).?De novo assembly of a Chinese soybean genome. Sci China Life Sci 61

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貝瑞基因作為三代測序技術的踐行者,依托Bionano Saphyr、PacBio Sequel、10X Genomics等成熟穩定的平臺,為基因組研究提供了豐富全面的技術支撐。同時,基于世界先進、國內一流的數據存儲與計算平臺,為基因組組裝和分析提供了有效保障。未來,貝瑞基因希望能夠充分發揮自身平臺優勢,構建更多、更長、更完整的基因組圖譜!

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