农业种质资源是保障国家粮食安全与重要农产品供给的战略性资源,是农业科技原始创新与现代种业发展的物质基础。加强种质资源精准鉴定评价工作,深度发掘优异种质和优异基因,构建DNA分子指纹图谱库,将会提高种质资源利用效率,促进种质资源创新利用达到国际先进水平。高通量测序技术可以用作种质资源基因型鉴定,为大样本量种质材料的基因型精准鉴定提供了可能;但是,目前我国保存的种质资源基因型鉴定大多数还使用传统分子标记,基于高通量测序技术的基因型鉴定仅在少数物种种质资源中得到应用,但是随着高通量测序技术的发展与成熟,大样本量的种质资源基因型精准鉴定正在受到科研工作者的青睐,下面我们就来看几个高通量测序在种质资源鉴定应用中的案例:

水稻种质资源鉴定

2018年4月发表在《Nature》的“3,010份亚洲栽培稻基因组研究”。该研究针对水稻起源、分类和驯化进行了深入研究,揭示了亚洲栽培稻的起源和群体基因组变异结构,剖析了水稻核心种质资源的基因组遗传多样性。该研究将推动水稻规模化基因发掘和水稻复杂性状分子改良,提升全球水稻基因组研究和分子育种水平。

3010份水稻系统发育树

黄瓜种质资源鉴定

2018年10月发表在《Horticulture Research》上的“1,234份黄瓜种质遗传多样性及核心种质开发”中,通过对黄瓜种质进行基因型鉴定。发现黄瓜主要分为三个亚群,分别是黄瓜起源地南亚亚群、东亚亚群和其他地区的品种形成的亚群。还通过全基因组关联研究确定了与 13 个性状相关的SNP位点。最后,开发了一个包含 395 种材料的核心种质集,代表了96%的遗传变异。这些核心种质资源对黄瓜优异基因资源的利用和黄瓜基因组的深度解析提供了数据鉴定支持。

1234份黄瓜种质资源地理分布

大麦种质资源鉴定

2018年12月发表在《Nature Genetics》上的“22,621份库存大麦种质资源基因组多样性研究“,该研究揭示了全球驯化大麦的种群结构,进一步检测了大麦基因库的已报道和新的潜在形态位点,找到了大麦和水稻中无倒刺芒趋同选择的证据,同时在此基础上构建了基因型数据和性状数据的整合平台,并依托种质资源性状数据实现了质量性状新基因发掘。为开展基于基因型的大样本核心种质构建、精准鉴定和深度研究提供了思路。

大麦遗传结构

小麦种质资源鉴定

2019年9月发表在《Nature Genetics》上的“44,624份小麦全基因组选择及关联分析研究“,采用GBS简化基因组测序方法,结合全球多个地区多年多点表型数据,进行全基因组选择和全基因组关联分析,并且构建了44,624份小麦品系性状相关标记的指纹图谱,这些数据为小麦分子育种提供了珍贵的遗传资源。

小麦指纹图谱分析

小麦指纹图谱分析

普通菜豆种质资源鉴定

2019年12月发表在《Nature Genetics》上的“683份普通菜豆全基因组重测序研究”,该研究从6,500余份普通菜豆种质资源中精心挑选683份能够代表大多数遗传多样性的材料进行全基因组重测序,分析了普通菜豆种质资源的基因组变异,构建了首张普通菜豆的高密度变异图谱,结合多年多点的精准表型调查工作,坚定到一些涉及开发期、生长习性、籽粒特性、病虫害等性状的特点,加速普通菜豆分子育种进程。

普通菜豆地理分布

辣椒种质资源鉴定

2021年8月发表在《PNAS》上的“10,038份辣椒群体基因组分析”,调查了野生和驯化辣椒的基因组多样性和种群结构,追溯了进化路线,并提供了一个反映人类贸易和历史/文化影响的辣椒传播模型。本结果突出了西-东扩张路线,揭示了南美洲和中美洲、非洲以及东亚/南亚之间的联系,后两者构成了辣椒多样性的重要多样化中心。最后,文章提出了种质资源库管理的思路和未来种质资源开发利用的方向。

全球辣椒多样性

全球辣椒多样性

鹰嘴豆种质资源鉴定

2021年11月发表在《Nature》上的“3,366份鹰嘴豆种质遗传变异图谱研究”,通过对鹰嘴豆全球种质资源进行全基因组重测序和分析,构建了鹰嘴豆遗传变异的完整图谱,代表了全球鹰嘴豆的遗传多样性,并揭示了鹰嘴豆的起源和驯化路线,阐释了分子育种在鹰嘴豆中的应用,为鹰嘴豆的育种实践提供良好的遗传资源。

鹰嘴豆驯化和传播路径

鹰嘴豆驯化和传播路径

除此之外,陆续还有不少物种开展了大规模测序工作,实现对种质资源基因型精准鉴定,挖掘优异种质和优异基因,如西南大学团队对588份油菜进行全基因组重测序,为油菜的起源和改良历史提供了重要的资源;浙江大学团队对991份油菜种质资源全基因组重测序,揭示了油菜的演化以及不同生态型油菜开花时间分化在基因组上的足迹;中国农业科学院作物科学研究所团队对510份苦荞全基因组重测序,系统构建了苦荞基因组变异图谱;南京农业大学团队对312份梨树种质全基因组重测序,为梨树的分子育种和基因鉴定提供了遗传资源;国际竹藤研究中心团队对417份竹子进行全基因组重测序,揭示了竹子种群结构和性状遗传基础;中国林业科学研究院林业研究所利用815份核桃和泡核桃材料构建了核桃基因组变异图谱,揭示了核桃适应性和重要农艺性状形成的遗传机制。

上述的研究工作为种质资源利用提供了丰富的遗传资源,但是与保存的52万份种质资源相比,种质资源精准鉴定的工作还有待加强。

百迈客作为较大的测序服务商之一,拥有国内外最全的测序平台,可为众位科研工作者提供大样本量的动植物种质资源测序工作,及完整的分析方案,共同推进种质资源精准鉴定,提高种质资源利用效率。

种质资源鉴定流程

种质资源鉴定内容

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参考文献:

[1] Wang W, Mauleon R, Hu Z, et al. Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice. Nature. 2018;557(7703):43-49.

[2] Wang X, Bao K, Reddy UK, et al. The USDA cucumber (Cucumis sativus L.) collection: genetic diversity, population structure, genome-wide association studies, and core collection development. Hortic Res. 2018;5:64.

[3] Milner SG, Jost M, Taketa S, et al. Genebank genomics highlights the diversity of a global barley collection. Nat Genet. 2019;51(2):319-326.

[4] Juliana P, Poland J, Huerta-Espino J, et al. Improving grain yield, stress resilience and quality of bread wheat using large-scale genomics. Nat Genet. 2019;51(10):1530-1539.

[5] Wu J, Wang L, Fu J, et al. Resequencing of 683 common bean genotypes identifies yield component trait associations across a north-south cline. Nat Genet. 2020;52(1):118-125.

[6] Tripodi P, Rabanus-Wallace MT, Barchi L, et al. Global range expansion history of pepper (Capsicum spp.) revealed by over 10,000 genebank accessions. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021;118(34):e2104315118.

[7] Varshney RK, Roorkiwal M, Sun S, et al. A chickpea genetic variation map based on the sequencing of 3,366 genomes. Nature. 2021;599(7886):622-627.

[8] Lu K, Wei L, Li X, et al. Whole-genome resequencing reveals Brassica napus origin and genetic loci involved in its improvement. Nat Commun. 2019;10(1):1154.

[9] Wu D, Liang Z, Yan T, et al. Whole-Genome Resequencing of a Worldwide Collection of Rapeseed Accessions Reveals the Genetic Basis of Ecotype Divergence. Mol Plant. 2019;12(1):30-43.

[10] Zhang K, He M, Fan Y, et al. Resequencing of global Tartary buckwheat accessions reveals multiple domestication events and key loci associated with agronomic traits. Genome Biol. 2021;22(1):23.

[11] Zhang MY, Xue C, Hu H, et al. Genome-wide association studies provide insights into the genetic determination of fruit traits of pear. Nat Commun. 2021;12(1):1144.

[12] Zhao H, Sun S, Ding Y, et al. Analysis of 427 genomes reveals moso bamboo population structure and genetic basis of property traits. Nat Commun. 2021;12(1):5466.

[13] Ji F, Ma Q, Zhang W, et al. A genome variation map provides insights into the genetics of walnut adaptation and agronomic traits. Genome Biol. 2021;22(1):300.

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