甘蓝型油菜四亲本交叉群体的比较作图分析

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甘蓝型油菜(AnAnCnCn,2n=38)是非常年轻的异源多倍体物种。由于其基因组包含两套同源性较高的亚基因组,因此常发生部分同源交换等染色体结构变异。而通过种间杂交向甘蓝型油菜中导入近缘物种的亚基因组成分,更能增进其染色体结构变异的发生频率。因此,仅以常规的甘蓝型油菜基因组为参考,开展全基因组测序和双亲本遗传作图,往往难以检测到这些丰富的外源导入成分以及结构变异,从而也会在数量性状位点定位中丢失相关的信息。本研究以有近缘物种白菜型油菜和埃塞俄比亚芥基因组导入成分的新型甘蓝型油菜(SVA2C2(简称S)、HLL45(简称H)),以及欧洲冬油菜测序品种(Tapidor)、中国半冬性油菜测序品种(Ning You7)3个不同类型油菜间杂交所衍生的四亲本交叉遗传作图群体(HS DH、NS DH和TS DH群体)及其亲本为研究材料,通过全基因组测序和基因型分型,研究亲本及其群体中遗传变异的分离模式和规律。同时对作图方法进行改进,利用不同类型的遗传标记开展高密度遗传图谱的构建与比较,捕捉各类结构变异,并利用这些遗传图谱信息来提高对具有外源渗透基因组成分的油菜亲本的基因组组装质量。主要研究内容和结果如下:1)对上述3个群体的全基因组重测序数据开展基因型分析。首先以其中亲本之一Ning You7的基因组组装序列为参考,开展作图群体的基因型分析和标记的归类,其中在亲本中存在杂合或者缺失多态性,在群体中其杂合或者缺失符合1:1的分离模式的标记也纳入分析,分别称为PAV和hemi标记,与此相对应的那些在亲本和群体中呈现正常多态性分离模式的标记则称为常规标记。随后将未比对序列以其祖先二倍体已发表的基因组序列、新型甘蓝型油菜作图亲本培育过程中所涉及的白菜型油菜和埃塞俄比亚芥(埃芥)的基因组组装序列(统称为其他ABC基因组)为参考,检测近缘导入物种特异的标记,将这类标记与上述PAV和hemi标记一起统称为特殊标记。利用以上两套参考基因组总共获得14,446,304个标记,其中基于其他ABC基因组检测到的标记占21.95%。对这些标记筛选过滤,获得在亲本和群体中均有多态性的3,342,841个高质量标记,其中77.4%的标记呈现偏分离。2)对3个DH作图群体所获得的上述过滤后的高质量标记,开展3次遗传图谱构建:首选利用以Ning You7为参考所获得的常规标记作图获得map V1,HS DH、NS DH和TS DH群体遗传图谱的遗传位点分别为2,644、3,115、3,495个;随后利用以Ning You7为参考的所有标记(包括常规标记、PAV和hemi标记)作图获得map V2,相比于map V1增加429、528、523个特殊标记;最后采用基于两套参考基因组所获得的所有的常规和特殊标记作图获得map V3,相较于map V1和map V2,分别增加152、0、207个外源标记。3)以上述两套基因组为参考,在HS DH、NS DH和TS DH群体中map V1分别检测到2个、3个和1个潜在的易位事件(片段大小>1 kb,位点数>2);相较于map V1,map V2新检测到8个、7个和13个潜在的易位事件;相较于map V2,map V3新检测到14个、1个和8个潜在的易位事。其中在HS DH和TS DH群体中map V3分别检测到12个和6个潜在的外源导入引起的易位事件(片段大小>1 kb,位点数>2)。其中在A01和C01染色体末端上共同检测到来自祖先种白菜的外源导入片段。HS DH群体遗传图在C05连锁群末端含有B亚基因组的外源导入片段。利用HS DH群体的遗传图谱辅助亲本HLL45的基因组组装。使用常规标记辅助和加入特殊标记的辅助,contig的挂载率分别为70.4%和79.6%,后者可以提高9.2%的挂载率。本研究结果为遗传图谱的优化、遗传图谱比较分析,捕捉群体亲本间的结构变异及其亲本基因组组装奠定了基础。
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