葡萄雌雄異株向雌雄同體的轉變

2021-01-15 古奧基因
選擇雌株野生葡萄個體,進行 SMAT測序(120X),採用falcon-unzip對基因組進行組裝,獲得了高質量的二倍體組裝結果,組裝得到的基因組大小為469Mb,contigN50為1.7Mb,98%的基因錨定到染色體上,BUSCO值達95%,更多結果詳見表1。


 表1. 組裝結果統計表


為了準確鑑定性別位點,研究團隊建立了雜交組合F1家系,選擇2個野生葡萄親本以及子一代中雌雄各5株,進行重測序分析。結合公開的全基因組重測序數據,對靠近性位點的SNP進行檢測,發現這些SNP在雄性中總是雜合的,相反的在雌性中總是純合的。同時還發現在2號染色體上,X型單倍體的性別位點跨越了111kb,結果如圖1所示。


圖1. 野生葡萄與栽培葡萄2號染色體上的性座位點

 

2.3 X、Y、Yh單倍型的組裝 

為了探究單倍型基因組上性別位點上基因含量、結構重排上的差異。研究人員對插入了一株雄性野生葡萄和一株栽培葡萄性別位點的細菌人工染色體(BAC)進行了測序和組裝,由此獲得了單倍型的Y和Yh組裝結果,X單倍型與包含兩個BAC contig 的Y單倍型具有共線性,在Y單倍型中檢測到比X單倍型更多的轉座因子,結果如表2所示。通過X、Y和Yh單倍型的比較,Y和Yh單倍型有較強的相似性,證實Yh單倍型來源於Y單倍型,且4種基因ETOL1、UAP56、NAP1、Unk僅在Y和Yh單倍型上檢測到。(圖2)


圖2. 三種單倍型的結構變異和基因含量


表2. X, Y和Yh單倍型中的轉座因子密度


2.4 候選雌性/雄性不育基因的查找

葡萄的性別決定的經典遺傳模型表明,性位點包含兩個基因(顯性的So =抑制胚珠等位基因,隱性的sp =抑制花粉的基因)。因此,X單倍型應該帶有sp隱性等位基因,而Y單倍型則是顯性等位基因。為了確定候選基因,作者對X、Y和Yh單倍型的基因含量和存在/缺失模式和功能缺失突變進行了分析鑑定,結果如圖3所示。並且在野生和栽培葡萄的四個發育階段進行了表達量的測定。隨後尋找X和Y等位基因在XY基因對中的差異表達。發現APRT3y在雌雄同體中沒有表達,這使得它成為一個特別有趣的雌性不育基因候選基因(圖4)。


圖3. 三種單倍型的存在-缺失與移碼突變


圖4. 花芽發育過程中雌性不育候選基因的總表達和等位基因特異性表達

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