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Genome-wide genetic changes during modern breeding of maize 现代玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律

Genome-wide genetic changes during modern breeding of maize 现代玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律. Author: … Jin-sheng Lai …. 类蜀黍 玉米 育种 品系多样性 基因组多样性 278 份玉米自交系基因组进行系统的比较分析 。 90 Ex-PVP 36 public US lines 152 elite Chinese lines 玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律 。. SNPs.

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Genome-wide genetic changes during modern breeding of maize 现代玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律

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Presentation Transcript

  1. Genome-wide genetic changes during modern breeding of maize现代玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律 Author: … Jin-sheng Lai …

  2. 类蜀黍 玉米 • 育种 品系多样性 基因组多样性 • 278份玉米自交系基因组进行系统的比较分析。 90 Ex-PVP 36 public US lines 152 elite Chinese lines • 玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律。

  3. SNPs • SNPs(单核苷酸多态性)：主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。 它是可遗传的变异中最常见的一种。 • 6,686,326 SNPs (6百万)用于后续的数据分析 • 基因 1,015,790 非同义突变 158,296 编码区 283,186 同义突变 138,918 • Large-effect SNPs 3,046 (start codon, stop codon, splice site)

  4. 一 SNPs真实性的检验 • 与已构建的玉米单体型图谱(HapMap)进行比对，95.6%一致性。 • 对已测序的基因组进行全基因组关联分析(GWAS)，可以将表型性状与基因型进行有效关联。

  5. HapMap • 对105个野生型和栽培品种测序、分析，构建的单体型图谱。 • 单体型：位于染色体某一区域的一组相关联的SNP等位位点，并倾向于以整体遗传给后代的单核苷酸多态的组合。 • Hapmap=基因组中常见多态位点目录。

  6. 首先在研究人类基因组研究中构建的，筛选频率较高的多态位点作为标记。首先在研究人类基因组研究中构建的，筛选频率较高的多态位点作为标记。 • 意义： 人类基因组中有一千万个SNPs，若检测所有的多态位点价格非常昂贵。 利用多态位点在染色体上组成的规律性特征，收集高频率SNPs，进行统计分析，建立HapMap。 To validate SNP quality, we compared data from three lines (Hp301, Mo17 and P39) to sequences in maize HapMap1, finding over 95.6% accordance . Gore, M.A. et al. A first-generation haplotype map of maize. Science 326, 1115-1117 (2009).

  7. GWAS（Genome-wide association study） • 全基因组关联分析： 在全基因组范围内找出存在的序列变异，即单核苷酸多态性(SNP)，从中筛选出与特定性状相关的SNPs。 • 高效的探索“性状—基因”关系的方法。

  8. 3个性征： Cob color (穗轴颜色) Silk color (花丝颜色) Date to anthesis (开花期) • 定位于 1, 10, 8号染色体上。

  9. 小结1 • 利用第二代测序技术对来自不同地域以及不同育种年代的278份自交系基因组进行系统的比较分析，GWAS获得与玉米农艺性状相关的基因。 • 进一步研究现代玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律。

  10. 二 基因组遗传变化规律的探索 • 对278份自交系的核苷酸多样性进行比较分析，结果发现相比之前报道的结果，核苷酸多样性有所较低，也就是说，遗传多样性有所丢失。 • 278份自交系涉及到的栽培品种非常广泛，并且在现在育种过程中，品系之间的交流程度也有所提高，所以，体现出多样性的丢失。

  11. 群体遗传学中，一个重要内容就是检测出进化上重要的基因位点(受选择的靶位点)。群体遗传学中，一个重要内容就是检测出进化上重要的基因位点(受选择的靶位点)。 基因组哪些变化与育种时产生的变异直接相关。

  12. 玉米基因组非常庞大(B73 2.3Gb)，需要进行系统筛选后才能进一步研究。 • 单位点的检测研究要求对所研究的位点有一个预先判断，即从基因功能等信息上判断该位点是否有可能受到选择。 • 利用composite likelihood ratio (CLR)分析方法进行全基因组扫描，鉴定出人工育种过程中受选择的靶位点Target regions。

  13. Target regions特征： 包括编码蛋白的基因和非编码调控区域。 Ex-PVP与publicUS少一致 差异与不同育种年代有关 Chinese与US少一致 存在多基因控制性状 差异与不同地域、环境有关

  14. Analysis Genetic changes • 研究对象：家谱信息明确的四个品系 5003, 8112, 478, Zheng58 • 以B73基因序列为参考，分析差异基因情况(Mapping read)。 杂交后代具有较高的突变率，且大部分突变为稀有等位基因

  15. Identity-by-descent(基因型的频率) 随着育种年代的进化，新品系基因组中稀有等位基因百分比逐渐增加。

  16. 启示： 在未来分子育种时，可以将稀有等位基因作为选择参数，根据特定目的对植株进行改造。

  17. 总结 • 育种过程中，玉米基因组的同源区间能够产生广泛的遗传变异。 • 通过对变异类型速率的估算，找到与变异直接相关的基因型，进而启动未来高效、便捷的育种工作。

  18. Happy Mid-Autumn Day

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