盘点 | 2016年重测序高分文章都在这了！
我们都知道，高分文章是检验科研成果的重要标准。在刚刚过去的2016年，有哪些高分文章引发了关注？他山之石，可以攻玉。科技君盘点了发表在知名刊物上的10篇重测序高分文章，看看它们能否给您的科研之路带来启发。
综述
简化基因组测序技术综述
《Nature Reviews Genetics》[1]
1月份，《Nature Reviews Genetics》发表了一篇介绍简化基因组测序技术的综述文章。简化基因组测序是对基因组DNA酶切位点相关的片段进行测序，不仅简化了基因组序列可以低成本开发大量的SNP标记，同时还可以不受该物种有无参考基因组的限制，是进行群体研究高性价比的选择。目前简化基因组测序有多种不同类型的名称如：RAD、ezRAD、SLAF-seq、2bRAD、ddRAD、GBS、RRL、CRoPS等，它们的区别只在于建库流程。
表1 简化基因组各技术比较
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基因挖掘与验证
水稻籽粒大小相关基因挖掘和验证
《Nature genetics》[2]
本研究通过对381份粳稻材料（包含40份热带粳稻和341份温带粳稻）的粒长和千粒重开展全基因组关联分析(GWAS)，定位到一个既控制粒长又决定千粒重的关键数量性状位点QTL-GLW7，并进一步整合基因组变异和全基因组基因表达谱信息，以及水稻突变体材料的分析和转基因实验鉴定，最终成功克隆到控制水稻粒长和粒重的关键基因OsSPL13。研究发现并证明该基因主要是通过增加细胞的大小而使籽粒的体积变大。进一步群体遗传学分析发现，在水稻的遗传改良过程中，大粒基因GLW7是从籼稻通过遗传漂移渗透到热带粳稻以及少量的温带粳稻中，从而改良了粳稻的千粒重和产量。
图1 水稻大粒性状GWAS分析结果
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水稻GWAS定位抽穗性状相关基因
《Nature Genetics》[3]
群体结构和大的LD值会影响GWAS分析的效果，对于水稻这种自交物种来说同时存在了强的群体结构和大的LD值。本研究筛选表型差异大但低群体结构的176个日本粳稻品种，每个样本平均5.8X的重测序数据进行GWAS研究。文章使用混合线性模型对抽穗期进行GWAS关联分析，鉴定到26个LOD值大于4.77的位点，其中有3个最高的信号位点分别位于Chr1、Chr6、Chr11，还有两个峰点的位置与已报道的抽穗期相关基因Hd6和Hd2的QTL定位结果一致。SNP可以根据是否引起氨基酸序列改变和基因表达等进行分级，判断其对性状的影响大小。性状收集横跨2013年-2014年，在关联分析中，可以起到相互验证的作用。新检测到的基因中包含LOC_Os01g62780，与拟南芥的HESO1基因同源，该基因在拟南芥中表现为延迟开花。同时研究者还对水稻的分蘖数、叶宽等性状进行全基因组关联分析，获得这些重要农艺性状的候选基因。文章同时解析了遗传异质性对GWAS检测的影响并推荐使用gene-basedGWAS。
图2 水稻抽穗期性状GWAS分析结果
水稻抗性淀粉基因克隆及功能研究
《PNAS》[4]
本研究在水稻中确定了两个关键的淀粉合成酶基因，它们共同调节着抗性淀粉（RS）的生物合成。食用抗性淀粉（RS）含量高的食物，可以帮助控制糖尿病。RS含量高的食物也有预防病原体感染、腹泻、炎症性肠道疾病、结肠癌和慢性肾脏、肝脏疾病的潜力。研究中利用γ辐射杂交水稻保持系R7954并鉴定到一株高RS的突变体b10、R7954和b10杂交构建F2群体，发现子代低RS和高RS符合3:1分离比，推断有单基因功能缺失导致高RS表型。通过基因定位检测到该基因位于chr8，在412个样本中进行更大规模的连锁分析，在456kb区间定位到一个基因，利用基因组数据库信息，发现此区间有76个蛋白编码基因，其中一个基因编码可溶性淀粉合成酶（SSIIIa; LOC_Os08g09230）。比较R7954和b10间SSIIIa差异，发现在b10第5个内含子的3’剪接位点有个G到A的突变，引起SSIIIa编码序列4bp的缺失和移码突变导致提前终止。b10的cDNA测序结果证明了这个新的剪切位点的存在。通过将15.6kb包含有SSIIIa 基因全长的野生型基因组片段导入b10；RNAi抑制R7954中SSIIIa 基因表达；并利用光学显微镜观察稻粒形状和籽粒的物化特性，发现SSIIIa基因调节水稻中RS合成并影响稻粒品质和淀粉的物化特性。同时研究还发现SSIIIa基因影响RS含量亦需要编码颗粒结合淀粉合成酶的waxy基因高表达。
图3 定位高RS基因
玉米优质蛋白基因定位
《PNAS》[5]
优质蛋白玉米（Quality Protein Maize, QPM）是以o2突变体为基础选育的高赖氨酸硬质胚乳玉米，研究发现27-kD γ-zein是影响硬质胚乳的主效基因。研究人员利用492个温带玉米自交系进行GWAS分析，280个IBM Synthetic 10 DH 群体用于连锁分析，6,912 个 (Mo17 ×B73)×B73 的F1BC1群体样本进行精细定位，最终在100-kb区间范围定位到了qγ27基因，它能促进27-kD γ-zein表达。结合Mo17基因组和BAC库筛选测序，确定qγ27为包含27-kD γ-zein基因的一段15.26kb拷贝数变异。qγ27为顺式调控元件，属于基因剂量效应调控，随剂量的增减影响其表达。在此基础上设计与qγ27紧密连锁的引物对0707-1，利用不同的遗传群体和突变体自交系验证发现该标记与27-kDγ-zein基因蛋白表达正相关。本研究为优质蛋白玉米分子育种提供了基础。
图4 GWAS和连锁分析定位qγ27基因
玉米抗旱基因研究
《Nature Genetics》[6]
本研究收集来自全世界的367份玉米品系，其中热带及亚热带玉米品系152份、温带玉米品系149份、混合品系66份。利用分型芯片、RNA测序和原有已发表数据共得到556,944个SNP，针对抗旱性状进行GWAS分析。结果鉴别出了83个遗传变异，42个候选基因。9号染色体上，5个显著相关SNPs位点都在基因GRMZM2G170927的3’UTR区域，此基因编码液泡型H+- 焦磷酸酶（H+ -PPase），与拟南芥的AVP1有很高的蛋白序列同源性，因此，被命名为 ZmVPP1。研究发现该基因启动子区域一个366bp的插入，其包含3个MYB顺式调控元件，在耐旱基因型中导致了干旱可诱导的ZmVPP1表达。ZmVPP1表达增高的转基因玉米显示耐旱性增强，其极有可能是由于提高了光合效率和根系发育所致。
图5 ZmVPP1功能研究
随着全基因组分型技术的发展，GWAS已经成为研究人员的宠儿。更多资讯请戳：
连锁分析VS关联分析：相爱相杀？
进化研究
利用考古证据研究狗驯化
《Science》[7]
研究人员对爱尔兰纽格莱奇墓中挖掘的骨头（4800年历史）DNA、生活在14,000-3,000年前的59条古代狗的线粒体DNA、80个已发表现代狗基因组序列信息和605条现代狗（CanineHD芯片分型）的遗传信息进行比较，利用考古证据证明狗在欧洲和东亚分别驯化得来。在驯化后的某个时间点，东方的狗与随迁移的人类一起分散到欧洲，在那里它们与最早期的欧洲狗混交，几乎取代了后者。现在，大多数的狗都是东方狗和西方狗的混交体。
图6 狗进化树
芸薹、甘蓝物种进化
《Nature Genetics》[8]
本研究中，研究人员选择不同形态型的芸薹199株和甘蓝119株作为实验材料，这些材料包括不同地理区域分布的13个芸薹及9个甘蓝亚群，其中涉及叶片结球型（56份大白菜，45份卷心菜），以及块茎膨大型（54份大头菜及19份苤蓝），每个个体的平均测序深度约8X。比较两个种内的结球形和非结球形品种间，发现在芸薹中有43个低多态性区域，在甘蓝中有48个低多态性区域。利用保守基因中检测的SNP研究两个群体的驯化关系，发现大白菜和卷心菜虽然具有相似的叶片结球特征，但是不同的祖先经过平行或趋同驯化产生的；同样，芜菁和苤蓝具有相似的块茎膨大特征，也是平行或趋同驯化的结果。将两个物种的基因组打碎成基因单元，再根据已知的祖先染色体核型，将上述基因单元重排和串接，分别构建出芸薹的三个亚基因组一致序列和甘蓝的三个亚基因组一致序列。重新进行PiHS分析后，发现芸薹的不同亚基因组之间存在4个平行选择信号的区域；同时芸薹和甘蓝的相同亚基因组之间存在着15个受到趋同选择的区域。随后针对块茎膨大性状进行的研究亦获得了类似的结果。由此证明，芸薹族祖先的全基因组三倍化事件可能对芸薹属性状平行或趋同进化的造成深远的影响。
图7 芸薹和甘蓝进化关系
杂种优势研究
水稻杂种优势的遗传机制研究
《Nature》[9]
提高作物产量长期以来一直是全世界作物育种面对的最大需求的粮食安全问题。杂种优势表现在一种杂交后代在某一性状上比双亲表现得更加突出，是作物育种的重要手段。为了解水稻产量杂种优势的遗传机制，本研究从1495个已经测序且调查表型的水稻中，挑选17对具有代表性的组合构建包含10,074个单株的F2群体，每个单株测序深度平均0.2X。利用SNP数据进行聚类分析，将现代的杂交稻品种分为3个组群，分别代表不同的杂交育种体系。在所有植株和组群中并未发现与杂种优势相关联的位点，但是在一些母本中检测到少部分位点的产量杂种优势比父本要高。研究发现水稻杂种优势位点在杂合状态时通常表现出不完全显性，而通过杂交产生全新的杂交组合能够形成最终的杂种优势。
图8 评估产量性状相关QTL的显性效应
水稻杂种优势机制研究
《PNAS》[10]
为了探究水稻杂种优势的遗传机制，研究人员选用两系超级杂交稻两优培九（LYP9，培矮64s×93-11）为模式组合，对水稻杂种优势的表型及分子基础进行了综合分析。对多个杂交水稻组合的产量优势性状进行多年、多地点的综合分析发现：每穗小花数和有效穗数是造成两系杂交稻产量优势的主要原因；前者有超亲优势，后者只有超父本优势。在对源自LYP9后代的每个重组自交系（RIL）群体进行重测序的基础上，构建了一张高分辨率的遗传连锁图，并利用RIL群体及其与母本回交的RILBC1群体进行产量相关性状的遗传定位，鉴定了一系列产量及其他优势相关性状的QTL位点。同时，结合对幼穗发育早期的转录组分析以及QTL定位的结果，确定了多个与杂种优势相关的候选基因。研究人员对一个产量杂种优势的主效位点进行了图位克隆，发现RH8位点实际上是由DTH8/Ghd8/LHD1编码的光周期调控的节律基因，它同时控制开花期、株高、分蘖数、每穗小花数等多种性状。随后对361份杂交稻（其中包括125份二系杂交稻）的基因型解析后发现，RH8的杂合性是两系法杂交稻基因型的主要类型。
图9 基于高密度图谱进行LYP9杂种优势的QTL分析
2016年，华大和合作伙伴一共发表了360篇论文，日均1篇（日均1篇！我们用360篇文章陪你走过2016）；在大家共同的努力下有15篇动植物重测序文章已经见刊。2017已经开启，不如我们共同制定个小目标——多发点CNNS！科技君觉得靠谱，您怎么看？
文章列表：
1.Andrews K R, Good J M, Miller M R, et al.Harnessing the power of RADseq for ecological and evolutionary genomics.[J].Nature Reviews Genetics, 2016
2.Si L, Chen J, Huang X, et al. OsSPL13controls grain size in cultivated rice[J]. Nature genetics, 2016, 48(4):447-456.
3.Yano K, Yamamoto E, Aya K, et al.Genome-wide association study using whole-genome sequencing rapidly identifiesnew genes influencing agronomic traits in rice[J]. Nature Genetics, 2016,48(8): 927-934.
4.Zhou H, Wang L, Liu G, et al. Criticalroles of soluble starch synthase SSIIIa and granule-bound starch synthase Waxyin synthesizing resistant starch in rice[J]. Proceedings of the NationalAcademy of Sciences, 2016: 201615104.
5.Gene duplication confers enhancedexpression of 27-kDa γ-zein for endosperm modification in quality proteinmaize. 2016, doi:10.1073/pnas.1601352113
6.Wang X, Wang H, Liu S, et al. Geneticvariation in ZmVPP1 contributes to drought tolerance in maize seedlings[J].Nature Genetics, 2016.
7.Frantz L A F, Mullin V E, Pionnier-CapitanM, et al. Genomic and archaeological evidence suggest a dual origin of domesticdogs[J]. Science, 2016, 352(6290): 1228-1231.
8.Cheng F, Sun R, Hou X, et al. Subgenomeparallel selection is associated with morphotype diversification and convergentcrop domestication in Brassica rapa and Brassica oleracea[J]. Nature Genetics,2016.
9.Huang X, Yang S, Gong J, et al. Genomicarchitecture of heterosis for yield traits in rice[J]. Nature, 2016.
10.LiD, Huang Z, Song S, et al. Integrated analysis of phenome, genome, andtranscriptome of hybrid rice uncovered multiple heterosis-related loci foryield increase[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016:201610115.
撰稿：小 萍
编辑：市场部
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