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小麦物理-遗传整合图谱与染色体结构变异

时间: 2021-07-15 点击次数:


重复序列是基因组的重要组成部分。在所有真核生物的基因组中,重复DNA序列都占了很大比例,在小麦中占比更是超过80%。串联重复序列可以通过荧光原位杂交(FISH)技术在染色体上直接被观察到,进而检测染色体重排。虽然随着测序技术和算法的发展,可以很好的将重复序列组装到参考基因组中,但依旧存在一些问题。

近期,刘登才教授团队完成的题为“Integrating the physical and genetic map of bread wheat facilitates the detection of chromosomal rearrangements”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture(《农业科学学报》(英文), JIA)2021年9期正式发表。

该研究构建了一张包含28个FISH标记和超过15万个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记的整合图谱;根据标记在参考基因组或荧光原位杂交染色体上的物理位置,检测到部分染色体重排;同时,证明中国春参考基因组(v2.0)对大部分串联重复序列组装的正确性,仅4A的oligo-pSc119.2-1的序列簇组装仍存在问题。本研究对定位重复序列和提高参考基因组对重复序列的正确组装具有重要利用价值。

该研究以oligo-pTa-535-1、oligo-pTa-71-2、oligo-pSc119.2-1和 (CTT)10为探针分析人工合成小麦SHW-L1和普通小麦川麦32(CM32)及其杂交衍生的重组自交系群体,获得28个多态性FISH标记;结合前期获得的SHW-L1/CM32群体的660 K SNP芯片数据,构建了一张包含28个FISH标记和超过15万个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记的整合图谱。整合图谱中的多数FISH标记(20/28)在参考基因组上的物理位置与它们在染色体上的荧光杂交信号物理位置一致。染色体易位(1R/1B,1A/7A)和可能的染色体内倒位(4A)导致另外八个FISH标记的图谱位置与物理位置不一致。

整合图谱表明SHW-L1含有一对1A/7A相互易位。进一步对SHW-L1的四倍体小麦亲本AS2255及另外21份来源于7个亚种的四倍体小麦(四个ssp.turgidum亚种材料,三个ssp.durum亚种材料,三个ssp.dicoccon亚种材料,两个ssp.dicoccoides亚种材料,三个ssp.polonicum亚种材料,三个ssp.carthlicum亚种材料,三个ssp.turanicum亚种材料)进行检测,结果只在同样来源于四川的地方品种AS313(ssp.turgidum)中检测相似的1A/7A相互易位。这表明1A/7A相互易位染色体可能曾广泛分布在四川的四倍体小麦地方品种中。

在SHW-L1和川麦32间具有多态性的28个FISH信号位点中,有9个(2A-CTT-1、4A-119.2、4A-CTT、5A-119.2-1、7A-CTT-1、7A-CTT-2、1D-CTT、2D-CTT-1、7D-CTT)在中国春染色体上有明确的杂交信号。其中,7个FISH信号位点(5A-119.2-1和4A-119.2除外)在其所在的染色体相应位置比对到相应序列,表明这些位置的对应串联重复序列可能组装正确。原位杂交显示FISH信号位点5A-119.2-1在5A染色体短臂端部附近;根据整合图谱,其共分离SNP标记界定的染色体位置在5A染色体端部0.7 Mb处,与原位杂交显示的位置相一致。然而,序列比对到中国春v1.0版本参考基因组序列时,仅在5A染色体上的278-279 Mb处发现由258个拷贝组成的oligo-pSc119.2-1重复序列簇。在最近更新的参考序列v2.0版本中,oligo-pSc119.2-1重复序列在5A染色体的0-1Mb处有207个拷贝,在1-2Mb处有139个拷贝,和FISH信号位点在染色体上的位置一致。原位杂交和连锁SNP标记分析均表明4A-119.2位于4A染色体长臂的端部附近,但无论是v1.0还是v2.0的中国春参考基因组序列中,均没有在4A染色体上发现重复序列oligo-pSc119.2-1的序列簇,表明其没有正确组装到参考基因组序列中。

四川农业大学小麦研究所刘登才教授和郝明副教授为该文章的共同通讯作者,已毕业博士赵来宾和在读博士谢蝶为该文章共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划(2016YFD0102000)的资助。


点击链接阅读全文:http://www.chinaagrisci.com/Jwk_zgnykxen/fileup/PDF/JIA-2020-0385.pdf

 

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