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2020年07月17日  |  农业基因组学

新的异构体定相技术追踪玉米中亲代-子代差异

在自然界中,子代优于亲代的现象并不罕见,而且这通常正是植物育种的目标。 但是,追踪这种杂种优势的分子基础可能十分困难,对于具有较高遗传多样性和等位基因特异表达的二倍体物种(如玉米)来说更是如此。

冷泉港实验室的科学家使用 PacBio Iso-Seq 方法和新工具 IsoPhase 克服了这一挑战。

Nature Communications Biology 报道,Bo Wang、Doreen Ware 及同事使用温带玉米系 B73 和热带玉米系 Ki11 及其正反交 (B73 × Ki11; Ki11 × B73) 对玉米进行了异构体水平的定相研究,结果表明,它们在高度、根数和生物量方面与亲代有显著差异。

冷泉港研究团队在两个正反交杂种中对 6907 个基因进行了定相,识别出了亲本起源以及杂种系中的新异构体。 他们还对不同的单倍型表达进行了测量。

作者写道:“全长单分子测序可为单倍体转录组提供前所未有的等位基因特异性视图。

“使用长读长的单倍型定相让我们能够准确计算等位基因特异性转录本和基因表达,识别印记基因以及研究顺式/反式调节效应。”

由于来自同一个基因的等位基因可以产生具有不同序列的杂合转录本,因此需要对等位基因特异性表达 (ASE) 进行全面分析,才能全面了解转录组谱。

以前,研究人员使用短读长 RNA-seq 获得了表达信息,但未能获得有关全长单倍型的信息。

对于每个基因而言,来自所有 12 个样本的全长 read 均与一个基因区域对应。

冷泉港研究团队使用 Sequel 平台为两个玉米亲本系及其根、胚和胚乳的正反交杂交系生成了一个单分子全长 cDNA 数据集。

带条形码的 SMRTbell 文库产生了 4898979 条 HiFi reads,共产生了 250168 个高质量的全长共有转录序列。

在将其与玉米 RefGen_v4 基因组组装比对并进行冗余评估后,该团队最终获得了 3344 个新转录本。

为对这些转录本进行定相,该团队应用了一种新的 IsoPhase 工具,该工具可利用 read 的全长性和 SNP 检出功能来对 read 进行定相。

为了确定哪个等位基因属于 B73 或 Ki11,他们利用了“所有 B73 read 只能表达一个等位基因,而所有 Ki11 read 只能表达另一个等位基因”这一事实。

确定了亲本等位基因之后,他们获得了 F1 杂种的等位基因计数。

他们补充道:“对全长单倍型特异性异构体进行测序能够帮助我们准确评估等位基因失衡,而等位基因失衡可用于研究潜在的遗传或表观遗传致病变异的分子机制,将表达多态性与植物杂种优势相关联。

该方法不需要亲代信息(尽管亲代数据可用于分配母本和父本等位基因),而且可用于专门的长读长数据。

作者写道:“据我们所知,这是对玉米乃至任何植物进行的首次全长异构体定相研究,为其他生物体(包括多倍体种)的单倍型定相提供了重要信息。”

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