水稻品种CO39及其NILs基因组重测序序列的组装与SNPs分析

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随着新一代测序(New Generation Sequence, NGS)技术的不断推进和三代测序技术的出现,使高通量且价格低廉的DNA测序成为现实。新一代基因组测序技术在农业生物学研究中的应用,使人们能够从以往难以达到的精度分析关联水稻特异性状的基因。由于基因组重测序技术,人们可以通过单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphysm,SNP)去扫描农作物基因组,从而检测到关联农作物数量性状变异的基因模块。本文首先应用新一代基因组测序技术,对感稻瘟病水稻品种CO39及其5个抗稻瘟病的近等基因系品种(Near Isogenic Lines, NILs),包括CN-1,CN-2,CN-3,CN-4a和CN-4b,进行基因组重测序,然后应用相关软件工具进行基因组组装,检测不同抗性品种基因组中的单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism, SNPs),最后根据SNPs检测抗稻瘟病NILs中的抗稻瘟病基因。主要研究结果如下:1.首先分析了供试水稻品种对两个稻瘟病菌生理小种的抗感性状表现,发现4个NILs品种抗81278生理小种,只有CN-4b抗GUY生理小种。然后对供试水稻品种进行基因组重测序,以水稻Nipponbare基因组为参考序列,用SOAPaligner工具对供试6个水稻品种基因组DNA序列进行组装,供试6个水稻品种的序列平均覆盖率均超过86%,测序深度超过50X,说明组装后的基因组DNA序列可用于SNPs的挖掘与比较基因组学研究。2.用SOAPsnp工具检测并获得以CO39基因组为背景的5个NILs品种基因组中的SNPs,并分析其中的非同义nSNPs (non-synonymous SNPs)和无义SNPs。在5个NILs中分别检测到3773/105,2946/54,1459/34,822/18和3082/52个nSNPs/无义SNPs。nSNPs和无义SNPs能引起基因所编码蛋白质的变化,可能导致NILs产生与其亲本CO39不同的农艺性状。3.根据SNP的富集情况,找出每个供试NILs品种基因组中与其亲本CO39基因组不同的序列片段。再根据nSNPs在基因组中所处的坐标位置,筛选出潜在的抗稻瘟病基因。在5个供试NILs基因组中共检测到397个基因中含有1个或1个以上nSNPs的基因,其中功能未知的R基因就有128个,部分基因含有4个及以上的nSNPs。然后结合5个供试NILs对不同稻瘟病菌生理小种的抗感性状表现,筛选出抗81278ZB15生理小种的基因457个,抗GUY11生理小种的基因63个。最后,再分析nSNPs所引起编码蛋白质的结构与功能变化,进一步从供试NlLs品种的基因组中定位到抗两种稻瘟病菌生理小种的基因,待下一步进行试验验证。总之,本文应用基因组重测序技术,结合C039近等基因系材料对两种稻瘟病菌生理小种的抗感性状表现,从抗稻瘟病菌水稻的基因组中挖掘出水稻潜在抗稻瘟病菌基因,为下一步的基因功能试验验证研究指明了方向。
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