TIẾN HÓA GEN
di truyền học tự nhiên
Một tập hợp bộ gen chất lượng cao làm nổi bật các đặc điểm bộ gen của lúa mạch đen và các gen quan trọng về mặt nông học
PacBio |Illumina |Bản đồ quang học Bionano |Lắp ráp bộ gen Hi-C |Bản đồ di truyền |Quét chọn lọc |Trình tự RNA |ISO-seq |SLAF-seq
Biomarker Technologies đã cung cấp hỗ trợ kỹ thuật về giải trình tự Pacbio, giải trình tự Hi-C và phân tích dữ liệu trong nghiên cứu này.
Điểm nổi bật
1. Đã thu được bộ gen lúa mạch đen chất lượng cao cấp độ nhiễm sắc thể đầu tiên, có kích thước nhiễm sắc thể đơn lớn hơn 1 Gb.
2.So với bộ gen Tu, Aet và Hv, một sự kiện LTR-RT độc đáo gần đây đã được quan sát thấy trong bộ gen Rye, nguyên nhân dẫn đến việc mở rộng kích thước bộ gen của lúa mạch đen.
3. Sự khác biệt giữa lúa mạch đen và lúa mì lưỡng bội diễn ra sau khi tách lúa mạch khỏi lúa mì, với thời gian phân kỳ của hai sự kiện là khoảng 9,6 và 15 MYA.
Sự phosphoryl hóa gen FT có thể kiểm soát tính trạng ra sớm ở lúa mạch đen.
4. Phân tích quét chọn lọc cho thấy có thể có sự liên quan của ScID1 trong việc quy định ngày tiêu đề và khả năng lựa chọn của nó bằng cách thuần hóa lúa mạch đen
Lý lịch
Lý lịch
Lúa mạch đen là cây lương thực và thức ăn gia súc có giá trị, là nguồn di truyền quan trọng để cải tiến lúa mì và triticale, đồng thời là nguyên liệu không thể thiếu cho các nghiên cứu di truyền so sánh hiệu quả ở các loại cỏ.Weining lúa mạch đen, một giống ra hoa sớm được trồng ở Trung Quốc, nổi bật nhờ khả năng kháng phổ rộng đối với cả bệnh phấn trắng và bệnh gỉ sắt sọc.Để hiểu cơ sở di truyền và phân tử của các đặc điểm ưu tú của lúa mạch đen cũng như để thúc đẩy các nghiên cứu về gen và nhân giống ở lúa mạch đen và các loại cây trồng liên quan, ở đây chúng tôi đã giải trình tự và phân tích bộ gen của lúa mạch đen Weining.
Thành tựu
Bộ gen lúa mạch đen
Bộ gen Rye được xây dựng bằng cách kết hợp các lần đọc PacBio SMRT, giải trình tự Illumina đọc ngắn, cũng như các bộ gen từ chụp cấu hình chất nhiễm sắc (Hi-C), lập bản đồ di truyền và phân tích BioNano.Các nhánh được lắp ráp (7,74 Gb) chiếm 98,47% kích thước bộ gen ước tính (7,86 Gb), với 93,67% số nhánh (7,25 Gb) được gán cho bảy nhiễm sắc thể.Các yếu tố lặp lại chiếm 90,31% bộ gen được tập hợp.
Bộ gen lúa mạch đen
Bản đồ liên kết di truyền (WJ) được phát triển bằng cách sử dụng 295 cây F2 có nguồn gốc từ việc lai giữa hai giống lúa mạch đen bản địa (Weining × Jingzhou)
Bản đồ tiếp xúc Hi-C của bảy nhiễm sắc thể lúa mạch đen Weining được tập hợp (1R – 7R)
Sự liên kết giữa bảy nhiễm sắc thể tập hợp của lúa mạch đen Weining và bảy nhóm liên kết lúa mạch đen được phát triển bằng cách sử dụng quần thể Lo7 x Lo255 RIL
Giá trị Chỉ số hội LTR (LAI) của bộ gen lúa mạch đen được tìm thấy là 18,42 và 1.393 (96,74%) trong số 1.440 gen BUSCO được bảo tồn cao đã được xác định. Những kết quả này cho thấy trình tự bộ gen lúa mạch đen Weining có chất lượng cao ở cả hai thế hệ. và các vùng gen.Tổng cộng có 86.991 gen mã hóa protein, bao gồm 45.596 gen có độ tin cậy cao (HC) và 41.395 gen có độ tin cậy thấp (LC) đã được dự đoán.
2. Phân tích TE
Phân tích TE.Tổng cộng 6,99 Gb, chiếm 90,31% tổ hợp Weining, được chú thích là TE, bao gồm 2.671.941 phần tử thuộc 537 họ.Hàm lượng TE này rõ ràng cao hơn so với báo cáo trước đây đối với Ta (84,70%), Tu (81,42%), Aet (84,40%), WEW (82,20%) hoặc Hv (80,80%).Các retrotransposon lặp lại ở giai đoạn cuối dài (LTR-RT), bao gồm các phần tử Gypsy, Copia và RT không được phân loại, là các TE chiếm ưu thế và chiếm 84,49% hàm lượng TE được chú thích và 76,29% bộ gen Weining được tập hợp;Các transposon DNA CACTA là TE phong phú thứ hai, chiếm 11,68% hàm lượng TE được chú thích và 10,55% bộ gen Weining được tập hợp.
Phân tích các yếu tố transposon của lúa mạch đen
Lúa mạch đen có tỷ lệ đưa LTR-RT gần đây vào tương đối cao với đỉnh điểm khuếch đại xuất hiện vào khoảng 0,5 triệu năm trước (MYA), đây là lần gần đây nhất trong số bốn loài;đỉnh còn lại xảy ra khoảng 1,7 MYA, già hơn và cũng được thấy ở lúa mạch.Ở cấp độ siêu họ, người ta đã tìm thấy các đợt bùng nổ gần đây của các nguyên tố Copia trong lúa mạch đen Weining ở mức 0,3 MYA, trong khi sự khuếch đại của Gypsy RT đã định hình chủ yếu mô hình phân bố lưỡng kim của động lực bùng nổ LTR-RT.
3. Nghiên cứu sự tiến hóa bộ gen và tổng hợp nhiễm sắc thể của lúa mạch đen
Sự khác biệt giữa lúa mạch đen và lúa mì lưỡng bội diễn ra sau khi tách lúa mạch khỏi lúa mì, với thời gian phân kỳ của hai sự kiện lần lượt là khoảng 9,6 và 15 MYA.1R, 2R, 3R hoàn toàn thẳng hàng với nhóm nhiễm sắc thể 1, 2 và 3 của lúa mì.4R, 5R, 6R, 7R được tìm thấy tồn tại sự hợp nhất và phân đoạn quy mô lớn.
4. Phân tích sự nhân đôi của gen và tác động của chúng đến gen sinh tổng hợp tinh bột
Đáng chú ý, số lượng gen nhân đôi song song (TDG) và gen nhân đôi gần (PDG) của lúa mạch đen Weining đều cao hơn so với gen được tìm thấy ở Tu, Aet, Hv, Bd và Os.Các gen nhân đôi được chuyển đổi (TrDG) cũng nhiều hơn so với các gen được tìm thấy cụ thể ở Tu và Aet.Sự mở rộng bộ gen của lúa mạch đen đi kèm với số lần sao chép gen cao hơn.Sự bùng phát TE tăng lên ở lúa mạch đen có thể dẫn đến số lượng TrDG tăng cao.
Phân tích tổng hợp tiến hóa và nhiễm sắc thể của bộ gen lúa mạch đen
Phân tích sự sao chép gen lúa mạch đen và tác động của chúng đến sự đa dạng của các gen liên quan đến sinh tổng hợp tinh bột (SBRG)
5. Phân tích locus gen protein dự trữ hạt lúa mạch đen (SSP)
Bốn locus nhiễm sắc thể (Sec-1 đến Sec-4) xác định SSP lúa mạch đen đã được xác định trên 1R hoặc 2R.Các gen α-gliadin chỉ được tiến hóa gần đây ở lúa mì và các loài có liên quan chặt chẽ sau sự phân kỳ giữa lúa mì và lúa mạch đen.
6. Kiểm tra yếu tố phiên mã (TF) và gen kháng bệnh
Phân tích loci secalin lúa mạch đen
Lúa mạch đen làm sạch có nhiều gen liên quan đến khả năng kháng bệnh (DRA) (1.989, Dữ liệu bổ sung 3) hơn Tu (1.621), Aet (1.758), Hv (1.508), Bd (1.178), Os (1.575) và A (1.836). ), B (1.728) và D (1.888) của lúa mì thông thường.
7. Nghiên cứu đặc điểm biểu hiện gen liên quan đến tính trạng dậy sớm
Hai gen FT có biểu hiện tương đối cao trong điều kiện ngày dài, ScFT1 và ScFT2, đã được chú thích trong tập hợp bộ gen Weining.Hai dư lượng axit amin của quá trình phosphoryl hóa ScFT2 (S76 và T132) đã được tìm thấy có mối liên quan với việc giảm kiểm soát thời gian
Đặc điểm phát triển và biểu hiện gen liên quan đến tính trạng đầu đàn của lúa mạch đen Weining
8. Khai thác các vùng nhiễm sắc thể và locus có khả năng liên quan đến việc thuần hóa lúa mạch đen
Tổng cộng có 123.647 SNP đã được sử dụng để tiến hành phân tích quét chọn lọc giữa lúa mạch đen được trồng và S. vavilovii.11 tín hiệu quét chọn lọc được xác định bằng chỉ số giảm (DRI), chỉ số cố định (FST) và phương pháp XP-CLR.ScID1 được phát hiện có thể liên quan đến việc quy định ngày tháng.
Xác định và phân tích các vùng nhiễm sắc thể và locus có khả năng liên quan đến việc thuần hóa lúa mạch đen
Thẩm quyền giải quyết
Li GW và cộng sự.Tập hợp bộ gen chất lượng cao làm nổi bật các đặc điểm bộ gen của lúa mạch đen và các gen quan trọng về mặt nông học.Di truyền học tự nhiên (2021)
Tin tức và điểm nổi bật nhằm mục đích chia sẻ những trường hợp thành công mới nhất với Biomarker Technologies, nắm bắt những thành tựu khoa học mới cũng như các kỹ thuật nổi bật được áp dụng trong quá trình nghiên cứu.
Thời gian đăng: Jan-05-2022