三代变异检测技术&植物研究新思路

*文章转自诺禾致源

 第  三代测序技术崛起了，伴随而来的三代变异检测技术也成为发现大片段结构变异的新宠儿，从2016年医学研究人员首次用 PacBio 测序技术找到致病性结构变异成功诊断罕见疾病，到2018年中信湘雅生殖与遗传专科医院的研究人员采用 Nanopore 测序技术精确诊断出一段长达 7Kb 的缺失突变并明确了结构变异的来源，再到2019年利用 PacBio 测序技术系统揭示人类基因组中结构变异的特征和影响。三代变异检测技术一直在人类疾病研究和精准医疗上大放光彩，相关文献资料也是数见不鲜，而在动植物领域却寥若晨星。

但是终于在2019年上半年有一篇三代变异检测技术应用于植物方面的高分文章亮相了，结构变异解释了物种表型差异。这是不是也意味着今后三代变异检测在动植物领域的应用之路就要开启啦呢~

赶快拿出来和大家分享共赏一番

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Duplication of a domestication locus neutralized a cryptic variant that caused a breeding barrier in tomato

番茄驯化位点一个重复片段中和了一种影响番茄育种障碍的隐秘变异

发表杂志：Nature Plants     

发表时间：2019.05 

研究背景

隐秘变异（Cryptic variation）是指人类尚未认知的自然突变，具体而言是那些通常情况下对生物体表型性状几乎无作用，但会在特定的环境条件下或遗传背景中显示出效果的遗传变异。根据基因组序列分析的结果，这种隐秘变异比例很大，在生物体的进化适应性中具有重要的作用。由于与有益的遗传变异的上位性相互作用，隐秘变异可能导致不可预测的、有时甚至是有害的结果，因此在育种研究中必须克服这一点，以达到理想的表型。但如何实现这种隐秘变异的中和尚未被研究。

在番茄中，MADS-box 转录因子 JOINTLESS2（J2）基因的自然突变可以通过改变花的发育，消除果实茎上的脱落区，从而提高采收能力，而 ENHANCER OF J2（ej2）基因可获得便于果实收割的长花柄，但将两个品种杂交后，J2 与 ej2 互作会导致番茄产生过度的分枝和花序并降低产量。但研究人员发现了一个拥有这两个等位基因、但仍然能够神秘高产的优良培育品系，这种差异表明育种家选择了额外的隐性变种，抑制了产量上的负上位性。

思路流程图

材料选择

用一个不分枝的 j2^TE ej2^W 育种系（fla.8924）杂交了分枝的 j2^TE ej2^W 双突变体，发现 F₁ 杂交种主要产生不分枝的花序，这表明抑制部分占主导地位，而得到的 F₂群体中产生了一系列复杂的花序，表明多重数量性状位点（QTLs）是抑制的基础。为了剖析抑制的遗传结构，研究人员选择了70株 F₂ 植物，这些植物捕捉了花序分支的极端表型，根据各组的表达能力和 DNA 序列将分支组和抑制组分为“A”和“B”类。

图1 群体构建流程图    

 图2 花序分枝数量分布图

研究内容

通过比较分支和抑制表型分类之间的单核苷酸多态性比率，发现染色体1号和染色体3号上有两个主要的 QTLs，我们分别指定分支抑制基因1（sb1）和分支抑制基因3（sb3）。通过分析这两个 QTL 的 F3 代群体分离的花序复杂性，发现 sb1 加性可能解释了 F2 群体的花序复杂性的范围，sb1 稳定了 fla.8924中的不分枝花序结构。接着通过基因组测序覆盖率的变化显示，与 j2^TE ej2^W 相比，fla.8924 在 EJ2 周围有一个83 kb 的窗口，其基因组读取覆盖率大约是 j2^TE ej2^W  的两倍支持重复，通过定量 PCR 确认了 fla.8924 中 EJ2 的较高基因组覆盖率，并通过 PCR 和 Sanger 测序确定了重复的区域。之后使用纳米孔长读长测序在 fla.8924 中检测到相同的结构变异，证实了在这个品系中相同位置处有一个长约 83 Kb 的重复片段。

图3   位于 sb3 位置上的串联重复

研究结果

最后利用基因编辑技术，通过一系列实验证明了在番茄育种过程中选择了一种罕见的串联重复可以中和有害的隐秘变异，从而促进花序的发育，即 sb3 重复中和了 j2 和 ej2^W  变体之间的负上位性。

这篇文献的思路有没有和你脑海中的 idea 碰撞且迸发出灵感的花火？不管你有还是没有，诺禾动植物重测序研究部有话说（久违的活动推广）：

即日起，如果你在研究中有了新颖的想法，但却无从下手的时候，别忘了我们——诺禾致源，联系当地的销售人员，诺禾致源动植物重测序研究部会为您量身定制三代变异检测研究方案，共同探讨结构变异在动植物领域的应用奥妙。

我有方案，你愿意带着想法来共谱一段美妙的故事吗？听说是免费出方案的哎！！！

参考文献

[1] Soyk S, Lemmon Z H, Sedlazeck F J, et al.Duplication of a domestication locus neutralized a cryptic variant that caused a breeding barrier in tomato[J]. Nature Plants, 2019.

[2] Audano P A, Sulovari A, et al. Characterizing the major structural variant alleles of the human genome[J]. Cell, 2019.

[3] Hefan Miao et al. Long-read sequencing identified a causal structural variant in an exome-negative case and enabled preimplantation genetic diagnosis[J].Hereditas, 2018.

[4] Merker J D, Wenger A M, Sneddon T, et al. Long-read genome sequencing identifies causal structural variation in a Mendelian disease.[J]. Genetics in Medicine Official Journal of the American College of Medical Genetics, 2017, 20(1).

动植物产品部   樊淑园 | 文案

孙津津丨编辑

图片来源于网络，侵删

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