麻疯树精细基因组图谱及甲基化特征

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麻疯树(Jatropha Curcas L.),又称小桐子,是双子叶植物门大戟科二倍体木本经济植物,具有多年生、耐旱、耐盐、耐贫瘠等生物学特征。麻疯树是著名的柴油树,其种仁含油量达到40%-60%,种子因此可加工为生物柴油,另外麻疯树也可作为绿化树。当前尽管有关于麻疯树基因组草图的报道,但是尚缺乏一个覆盖度达到90%以上的精细基因组图谱,而且有关全基因组甲基化的研究也未见报道,因此开展麻疯树基因组及其群体甲基化信息解析具有重要的理论和实践意义。本研究采用第三代基因组测序技术,开展了麻疯树全基因组测序与注释,同时结合一种新型的简化重测序分析技术对麻疯树群体甲基化位点的类型和水平进行分析,比较在麻疯树群体里三种甲基化位点模式(m CCGG全甲基化、m CCGG半甲基化、Cm CGG全甲基化)之间的联系和差异。其主要结果如下:选择收集自海南岛的麻疯树株系HN001-31-1,采集叶、花、果实材料,采用第三代Nanopore测序技术,测序深度284倍,组装获得麻疯树高质量基因组序列,总大小达到357.3Mb,组装到仅有50个contig上,N50长度达到26Mb,GC含量34.72%,是目前最完整的麻疯树基因组图谱。注释结果显示,麻疯树基因组重复序列共识别到315,421个,占基因组大小的56.1%,在已知序列当中LTR的数量是最高的,主要包含Copia和Gypsy两大类。采用egg-mapper注释到21,284编码蛋白质基因。对麻疯树HN001-31-1品系花、叶、果器官之间甲基化差异分析表明,果实当中的甲基化位点数最多,花器官甲基化位点最少。其平均甲基化水平分别是:花59.93%,叶56.32%,果58.98%,综合整体甲基化平均水平为58.41%。采用AFSM简化重测序检测群体甲基化结果表明:麻疯树群体中,总计得到537,231个CCGG甲基化位点,其中杂交亲本中有10,085个,均值为5042.50,而杂交子代F1中有527,146个,均值为263,573个。另外按三种甲基化模式分类统计来看,m CCGG全甲基化位点69,068个,Cm CGG全甲基化位点125,828个,m CCGG半甲基化位点342,335个,得出半甲基化类型所占比例最高;全甲基化模式中m CCGG和Cm CGG两种类型甲基化位点相关基因的GO富集显示,m CCGG全甲基化主要集中在核酸结合转录因子活性(nucleic acid binding transcription factor activity)、刺激响应(response to stimulus)、细胞过程(cellular process)、生物过程调节(regulation of biological process)、细胞组分(cellular component)和分子功能部分的催化(catalytic activity)与结合活性(binding),而Cm CGG全甲基化模式的三个样本均在细胞器(organelle)、催化活性(catalytic activity)、蛋白结合(binding)中富集,以及细胞过程(cellular process)、代谢过程(metabolic process)等生物学过程中富集。但是它们的共性特征是均在催化活性(catalytic activity)与蛋白结合(binding)的显著富集。另外对三种模式甲基化位点变化涉及到的基因根据熵值筛选,发现拥有一个共同基因CAT。本次实验也是首次针对麻疯树这一物种利用AFSM技术进行群体甲基化方面的分析,希望本文可以为后续进行麻疯树群体甲基化方面的研究提供参考。
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