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泛基因组数据库:找到油菜的“好基因”

2020-10-28 光明网 【 字体:

  BnPIR平台 华中农大供图

  油菜是天下第二大油料作物,也是我国最紧张的油料作物之一。本年初,华中农业大学一支科研步队宣布了8个甘蓝型油菜的高质量参考基因组。克日,他们在原有研讨底子上,经由过程整合1689份油菜的基因组及重测序数据,构建了首个油菜泛基因组和比力基因组生物信息平台BnPIR。

  有了这一平台,研讨职员可以或许更疾速、更利便地检索和行使油菜泛基因组相干资本。为什么扶植油菜泛基因组平台?这是一个什么样的数据库?油菜相干的多组学数据研讨但愿情形若何?《中国科学报》对此举行了采访。

  “尺度舆图”有盲区

  甘蓝型油菜大概在7500年前由白菜和甘蓝做作杂交造成,是极度“年老”的多倍体动物。

  “多倍体物种,特别是年老的多倍体动物中,每每存在大批的非同源染色体重组事情,这些重组事情致使甘蓝型油菜外部的遗传变异极度丰盛。”华中农业大学生物信息团队副传授杨庆勇说。

  而在已往的几十年里,为了进步油菜的产量、品格及适应性等目标性状,国际外油菜遗传育种科学家连续地将白菜、芥菜等种质资本中节制紧张性状(如抗性等)的遗传位点,经由过程杂交或远缘杂交等本领导入到甘蓝型油菜中,进一步丰盛了其物种的遗传多样性。

  “现有的研讨数据表白,甘蓝型油菜基因组中7成以上基因都存在大的遗传变异,也就是每每所说的构造变异。换句话说,关于油菜如许的年老多倍体物种,单一参考基因组每每无奈很好地包括物种内丰盛的遗传变异信息。”杨庆勇进一步正文道。

  若何零碎发掘和展现甘蓝型油菜的遗传变异?

  杨庆勇先容,传统的遗传变异检测本领次要经由过程基因组重测序,而后将重测序的读段比对到参考基因组,可以或许称之为“按图索异”。这里的图是指参考基因组(参考基因组作为生命科学研讨中的“尺度舆图”),而咱们如今行使的“尺度舆图”(单一参考基因组)依然存在大批的“暗区和盲区”。

  单一参考基因组为紧张性状相干遗传位点和基因的发掘与行使设置了重重阻碍。为了克制这些艰巨,科学家提出了经由过程整合多个代表性种质资本的基因组信息,构建泛基因组的研讨思绪和计谋。

  首个油菜泛基因组

  甘蓝型油菜是研讨动物多倍化和退化的形式物种。遗憾的是,甘蓝型油菜一向缺少特地的基因组数据库,研讨职员不能不借助芸薹属数据库(BRAD)和其余大众数据库(Genoscope和Ensembl等)来猎取甘蓝型油菜的基因组数据。

  “这些数据库是基于单一种类基因组和正文,而且缺少多组学数据和群体变异信息。” 华中农业大学生物信息团队传授陈玲玲说。

  据先容,整合多种个别的泛基因组可以或许愈加片面的检测物种外部的遗传变异,失掉各个样本的共有和特有的基因集,分离分歧样本的表型差别可以或许为进一步发掘紧张的农艺性状基因供给底子。

  2020年1月,华中农业大学油菜团队与生物信息团队相互协作,在《做作—动物》上宣布了8个甘蓝型油菜种质基因组序列,并经由过程比力基因组阐发审定了大批SNPs(单碱基多态性)、PAVs(存在/缺失变异)等变异,构建了巨细约为1.8Gb泛基因组,包括约15万个基因。经由过程基于PAVs的全基因组干系阐发间接审定到了与角果长度、种子分量和着花工夫相干的构造变异。研讨发明,多个FLC基因上的PAVs与着花工夫和生态型分化慎密相干。

  华中农业大学油菜团队传授刘克德先容,该研讨为进一步剖析甘蓝型油菜的基因组构造和减速遗传改进供给了资本,泛基因组的创立对审定与紧张农艺性状干系的构造变异有紧张意思。

  为了让油菜遗传育种研讨职员可以或许疾速、利便地检索和行使油菜泛基因组相干资本,研讨职员进一步分离1689份油菜的基因组及重测序数据,构建了甘蓝型油菜泛基因组数据库BnPIR。相干论文10月17日在线揭橥于《动物生物技术杂志》。

  泛基因组数据库BnPIR

  杨庆勇先容,BnPIR是基于基因信息模块的综合平台,以泛基因组浏览器和多基因组共线性为焦点,包括多组学数据和罕见的生物信息学对象。BnPIR包括基因组序列、基因正文、零碎发育干系、表白数据、PAVs 信息、基因分类,种类信息和经常使用多组学对象,并供给疾速搜刮和可视化的集成。

  BnPIR为油菜份子生物学和育种供给丰盛资本,有助于油菜研讨职员在泛基因组后台下搜刮和可视化其效果,并为其余物种的泛基因组阐发供给有价值的模板和平台。

  同时,研讨职员也指出,“如今咱们用于构建泛基因组的代表性油菜品系仅9个,将来将网络、组装和网络更多代表性油菜品系的基因组及其变异信息,整合到BnPIR泛基因组数据库中。”

  别的,除次要聚焦在检索变异层面的BnPIR,如今他们还已完成了基于图形构造泛基因组的构建,并使用这个新构建的泛基因组举行全基因组干系阐发及退化阐发等研讨任务。

  以后,我国科学家在十字花科作物育种范畴揭橥外文论文总量排名天下第一,而且发生了大批精良的遗传资料,和基因组、转录组和代谢组等多组学数据。若何完成多组学数据复用和同享,将数据转化成学问、专利、种类及生产力,一向是科研职员思索和勤奋的标的目的。

  “泛基因组数据库仅仅是个劈头,如今咱们与国际的多个油菜研讨团队相互协作,曾经完成了油菜泛转录组数据库的构建,很快就会与大师碰头。油菜代谢组数据库相干构建任务也已发展。”华中农业大学油菜团队传授郭亮说。

  华中农大的研讨职员但愿,将来经由过程与国际油菜科学家愈加慎密的交换与相互协作,为油菜遗传育种供给愈加零碎片面、精确高效和敌对的数据库和生物信息平台办事任务。(王方)

  相干论文信息:https://doi.org/10.1038/s41477-019-0577-7

  https://doi.org/10.1111/pbi.13491

[责任编辑: 赵清建 ]

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