北京市農林科學院研製出玉米全基因組SNP晶片Maize6H-60K並得到...

2020-12-05 食品夥伴網

　　11月22日，北京市農林科學院玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室分子檢測團隊在國際知名植物學期刊The Plant Journal（IF=6.141）在線發表題為「New resources for genetic studies in maize （Zea mays L.）： a genome-wide Maize6H-60K SNP array forbid its application」的研究論文，報導了Maize6H-60K SNP晶片研製過程及其在玉米種質資源評估、分子鑑定、分子育種中的應用。


　　儘管玉米已有較多分子標記可用，但是種質資源的有效評價、品種的精準鑑定、高效低成本地進行大量材料的基因分型仍然具有挑戰性。為了推進玉米高密度、高效率SNP基因分型技術的應用，研究人員基於全球收集的388個玉米自交系的全基因組重測序數據，研製了Maize6H-60K SNP晶片。首先在核基因組上挖掘定位到了160M個SNP位點，建立原始SNP位點信息集。經過測序數據覆蓋度、位點質量分值評估，獲得25.6M個SNP位點，形成優異SNP位點池。並行開發了100個葉綠體基因組位點，併入到優異位點池中。將上述優異位點基於側翼序列保守性、晶片平臺兼容性、位點雜合率進一步篩選評估，並將玉米核基因組按照100kb窗口劃分為20,599個bins，每個bin內隨機選取約10個SNP位點，最後獲得候選位點199,875個，形成篩選晶片位點組合。進一步採取更加嚴格過濾參數，篩選高質量、高多態、均勻分布的位點組合，最終確定61,282個位點，形成Maize6H-60K晶片（圖1）。晶片包含60K位點均勻分布在玉米10條染色體上，35%的位點位於基因內區域，其中21%位於編碼區（圖2）。


　　圖1、Maize6H-60K 晶片包含的位點篩選評估流程圖



　　圖2、Maize6H-60K包含的SNP位點在玉米基因組上的分布


　　利用329個代表自交系、221個國審雜交種、34套三聯體（父、母本及F1）以及育種群體材料對60K晶片進行多維度評估。結果顯示80%的位點被評估為高質量、高效率位點，超過85%的位點MAF值大於0.20；利用60K晶片對329份自交系的類群劃分結果與已發表種質資源評估結果和已知系譜關係一致，並能進一步細化國內種質材料的分群。221個雜交種之間的遺傳距離分析顯示SNP和SSR標記結果具有極高的相關性，數據點集中分布，並成線性關係（圖3）。


　　圖3、玉米雜交種鑑定SNP和SSR指紋數據相關性分析


　　60K晶片在分子輔助育種中具有較高的應用潛力。DH系和RIL群體後代與奠基者材料之間遺傳背景關係分析顯示，由群間自交系、群內自交系構建的群體材料多態位點比例分別為35%和25%，並且多態性位點相對均勻分布於基因組上（圖4）。


　　圖4、育種群體後代材料的遺傳背景分析


　　所研製的全基因組、高密度Maize6H-60K晶片是玉米分子遺傳研究的重要輔助工具，是集品種鑑定、品種確權、分子育種等多用途為一體的新型晶片。該晶片已授權生產10萬張，通過科企合作聯合體模式已在多家大型種企進行規模化應用，累計檢測玉米雜交種、自交系、種質資源、DH系、育種群體等3萬多份樣品，通過大量材料的應用進一步驗證了Maize6H-60K晶片具有高質量、高鑑別力、高兼容性、高靈活性等特點。


　　田紅麗博士、楊揚博士、易紅梅博士為論文第一作者，趙久然研究員和王鳳格研究員為通訊作者。相關工作得到了國家重點研發計劃、北京學者計劃的支持。


　　原文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15089

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