育種效率將大幅提高！農科院（深圳）基因組所構建高雜合二倍體馬鈴薯基因組圖譜

2020-09-30 晶報

9月28日，國際權威學術期刊《自然·遺傳學（Nature Genetics）》在線發表了由中國農科院（深圳）基因組所（以下簡稱「基因組所」）關於「優薯計劃」的最新研究成果。這篇題為「Haplotype-resolved genome analyses of a heterozygous diploid potato」（解析雜合二倍體馬鈴薯基因組）的論文，結合多種測序數據，首次完成了雜合二倍體馬鈴薯品系 RH 的全基因組序列，並解析出兩套單體型。在此基礎上，揭示了雜合馬鈴薯基因組內部等位基因的序列差異和表達調控差異，為研究二倍體馬鈴薯自交衰退分子機制和培育二倍體自交系提供了數據基礎，也為其它雜合基因組的組裝和分析提供了借鑑。

雜合馬鈴薯RH

據介紹，馬鈴薯作為世界第三大主糧作物，推動馬鈴薯產業發展對保障國家糧食安全有著極其重要的意義。「優薯計劃」的實施為了加快馬鈴薯產業的發展，基因組所黃三文團隊發起了「優薯計劃」，旨在用二倍體雜交種代替同源四倍體，提高育種效率，縮短育種年限；並用種子替代種薯。二倍體馬鈴薯基因組高度雜合，解析難度大，嚴重製約了馬鈴薯基因組設計育種的研究進程。

據悉，研究團隊結合多種測序數據，構建了雜合二倍體馬鈴薯基因組從頭組裝和分型的方案，利用 HiFi 高精度測序數據進行初始組裝，得到高鹼基準確性、高連續性的基因組草圖。為了對測序材料進行分型，研究構建了自交群體，並開發出將測序read數量分布轉換成基因型的方案，成功分型出兩套單體型。最後結合遺傳圖譜和Hi-C數據，將兩套單體型實現染色體水平組裝。

雜合二倍體馬鈴薯基因組組裝技術路線

對兩套單體型進行比較分析發現，基因組內單體型間存在2.1%的序列多樣性。研究預測了2萬多個可能引起基因功能變化的有害突變，16.6%的等位基因存在表達差異，30.8%的等位基因存在甲基化差異，有害突變和優勢表達基因在兩套單體型中分布均勻。這表明通過傳統雜交手段，利用重組剔除有害突變十分困難。此外，基於二倍體基因組序列，研究還打破兩個有害等位基因（幼苗白化基因（ws1）和株型基因（pa1））的緊密連鎖，這是培育優良自交系的進程中必須克服的困難。

該研究構建了迄今最完整的雜合二倍體馬鈴薯基因組圖譜，為研究馬鈴薯自交衰退分子機制和培育二倍體自交系的提供了數據基礎。該研究開發的雜合基因組組裝和利用自交群體進行單體型分型的方案，也為解決雜合基因組的組裝和分析供了借鑑。

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