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Science Bulletin|作物种质资源组学数据共享与挖掘新范式——以SoyFGB v2.0为例

Science Bulletin 中国科学杂志社 2023-03-29

中国农业科学院作物科学研究所的水稻分子设计技术与应用创新团队与大豆优异基因资源发掘与创新利用团队合作,升级种质资源组学海量数据挖掘与共享的FGB(Functional Genomics Breeding)范式,搭建了2千份代表性大豆种质资源组学数据库,为将我国大豆种质资源优势转变为基因资源优势和品种优势提供重要的信息平台和挖掘工具。


种质资源是作物育种的重要物质基础,是国家战略性资源。大豆起源于中国,我国大豆种质资源在世界上最为丰富。在这个组学时代,海量多组学数据不断产生,但由于缺乏携带有效分析软件和共享技术的数据库,获得的组学数据很少能够重复使用,导致不能从多组学和育种利用层面高效发掘种质资源。如何充分共享组学数据是一直困扰着大豆种质资源工作者的重要问题。

大豆优异基因资源发掘与创新利用团队利用全基因组重测序技术获得了2214份以前期构建的初选核心种质为主的代表性大豆种质资源(2K-SG)基因型数据(SCIENCE CHINA Life Sciences, 2022),并收集了百粒重、株高等表型数据。为了更好的促进这些种质资源的共享和利用,大豆团队与水稻分子设计技术与应用创新团队通力合作,采用后者创立并升级的功能基因组育种(Functional Genomics Breeding, FGB)的数据共享范式开展数据平台的搭建工作。该数据共享范式于2015年首次发布(《科学通报》,2015)并应用3000份水稻测序种质(https://www.rmbreeding.cn),并于2020年在水稻中完成首度升级(Plant Biotechnology Journal,2020)。针对大豆与水稻在基因组和种质资源数据等方面的不同特点,以及所面向用户的不同需求,双方合作开展了FGB范式的拓展和升级研究,共同建立了SoyFGB v2.0数据平台(https://sfgb.rmbreeding.cn)。

首先,SoyFGB v2.0提供离散值的表型数据而非直接下载原始数据,来帮助用户识别用于育种或遗传研究的“有用”种质资源。在此模式下,实现了2214个大豆代表性种质资源 (2K-SG) 的 33个数量性状与9个质量性状的共享访问。其次,SoyFGB v2.0提供在线分析工具,用户可以利用SoyFGB或用户自有的未公开表型数据来实现表型和单倍型变异之间的相关性在不同基因组分辨率下的解析。第三,一旦获得基因组作图定位与表型性状相关的区域,使用SoyFGB v2.0内嵌的“搜索”和“浏览”模块,用户可以获取2K-SG 的基因组变异,用于实验室验证。

根据用户实际体验,与传统Excel表格辅助进行单倍型分析相比,采用SoyFGBv2.0进行特定基因的单倍型分析能够提高效率近60倍。总之,SoyFGB v2.0的建成将不仅极大地促进大豆种质资源的单倍型挖掘,而且为大豆种质资源组学数据共享和挖掘提供一个通用新范式。

相关研究论文近期发表于Science Bulletin,作科所水稻分子设计技术与应用创新团队郑天清副研究员和大豆优异基因资源发掘与创新利用团队首席李英慧研究员为共同第一作者,大豆优异基因资源发掘与创新利用团队资深首席邱丽娟研究员为通讯作者。大豆育种的张晟瑞副研究员、大麦基因资源的王春超助理研究员、水稻分子设计技术与应用创新团队的徐建龙研究员和张帆研究员、IRRI孟加拉的Muhiuddin Faruquee博士、重大工程平台的张丽娜副研究员、巫祥云副研究员,研究生李艳妃葛天丽田宇以及科研助理姜珊也参与了本项目工作。

该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院国际合作、创新工程、基本科研业务费(平台项目)和比尔盖茨基金等项目的资助。


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A general model for “germplasm-omics” data sharing and mining: a case study of SoyFGB v2.0

Science Bulletin

https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.08.001





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