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TRAS技术首次揭示大蒜鳞茎瓣形性状调控网络

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日期:2018-08-07

  近日,中国农业科学院麻类研究所(中国农业科学院南方经济作物研究中心)联合北京诺禾生物技术公司共同开发了一个以转录组为参考序列的关联研究分析方法(Transcriptome-referenced association study,TRAS),并基于此方法首次揭示了大蒜鳞茎瓣形性状的调控网络,相关研究结果在线发表在国际权威刊物《脱氧核糖核酸研究(DNA Research)》上。

  栽培种大蒜一般不育,难以构建遗传分析群体,而且大蒜基因组庞大,导致大蒜农艺性状遗传和分子基础几乎未知。新一代测序技术(NGS)结合全基因组关联研究分析(GWAS)策略虽然已被广泛用于作物农艺性状的遗传基础解析,前提条件是物种需具有参考基因组,无参考序列的简化基因组测序结合GWAS分析无法获得目标性状候选基因,这极大限制GWAS技术在无参考基因组物种中的应用。为此,麻类所联合北京诺禾生物技术公司共同开发了一个TRAS技术。其分析步骤如下:以全长转录组为参考序列开展群体单核苷酸多态性(SNP)标记基因型鉴定及群体中基因表达(GE)定量;SNP标记结合性状开展全基因组关联分析,从而确定关联的转录本;关联转录本的GE与性状开展皮尔逊相关性分析,确定在DNA序列和基因表达上与性状相关联的候选基因;表达数量性状位点(eQTL)分析确定候选基因间的互作关系。

  为验证TRAS的可行性,该研究团队利用此方法分析了大蒜鳞茎瓣形性状的遗传基础。利用102个大蒜地方品种,共识别36个在DNA序列上与大蒜瓣形性状相关联的转录本,其中22个转录本的GE值也与性状相关联。因此,这22个转录本被确定为瓣形性状候选基因。eQTL分析发现,在这22个候选基因中,13个基因存在互作,且互作基因的GE值也呈显著相关。基于这13个基因的互作关系,他们成功构建了大蒜瓣形性状调控网络。大蒜鳞茎瓣形性状遗传结构的首次解析,将不仅有助于推动大蒜农艺性状遗传和育种研究,也为解析大蒜鳞茎器官的形成机制及性状的改良奠定了基础。同时,TRAS技术也为其它无参考基因组物种的性状解析提供了新方法。

  近年来,为适应我国南方区域农业发展需求,麻类所积极调整学科布局,确立了“三三制”学科发展规划,在南方饲料作物、特色蔬菜等新兴团队基础上,根据麻类所2018-2020年研究所发展规划,在南方葱姜蒜、南方农田面源污染和南方果树等方面积极拓展。本研究成果是麻类所学科拓展取得成效的重要体现。

  麻类所刘头明研究员和梅时勇研究员为本论文的通讯作者,麻类所陈小军博士和诺禾生物技术公司刘霞为该论文的并列第一作者。该研究得到中国农业科学院科技创新工程的支持。

  文章地址:https://academic.oup.com/dnaresearch/advance-article/doi/10.1093/dnares/dsy027/5066954

  

  

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