群體進化

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經典案例

鯉魚全基因組測序揭示其遺傳多樣性

Genome sequence and genetic diversity of the
common carp, Cyprinuscarpio

期刊:Nature Genetics
影響因子:29.35
發表單位:中國水產科學研究院,中科院北京基因組研究所
發表年份:2014年9月

一、研究背景

鯉魚是全球分布和養殖范圍最廣泛的經濟魚類之一,同時是我國最具代表性的淡水養殖魚類和最有條件利用基因組資源進行品種改良的水產養殖物種之一,因此,研究鯉魚的群體進化具有十分重要的意義。

二、方法流程

取材

1個組裝樣本+33個鯉魚品系

建庫

250 bp~8 Kb文庫

測序

Roche 454,Illumina 和SOLiD測序平臺
組長樣本:44×
重測序深度:29×

分析

1. 拼接和組裝
2. 構建遺傳圖譜
3. 群體分層分析
4. 功能基因挖掘

三、研究結果

1. 基因組組裝

經拼接和組裝獲得Scaffold全長為1.63 Gb,包含52,610個功能基因,基因覆蓋率達到了96.3%的鯉魚基因組(見下圖)。

2. 遺傳圖譜的構建

構建了一個包含3,740個SNP位點和773個SSR位點的F1代遺傳圖譜,上述標記分布在50個連鎖群上。該圖譜全長為3946.7cM ,平均距離為0.2Mb/cM。

3. 基因組進化分析

鯉魚起源于進化歷史上的兩種二倍體祖先種雜交事件,保留了兩套祖先種的染色體和基因組。分子鐘證據表明這次基因組倍增發生在約820萬年前,是非常近的一次全基因組倍增事件。

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4. 群體進化分析

通過系統發育樹和PCA分析,表明地域差異非常明顯,分為歐洲亞群和亞洲亞群。群體結構分析,將33個鯉魚品系分為3個或4個亞群,群體結構分析展示了品種的來源,例如說美國品種既能分到歐洲亞群,又能分到亞洲亞群,說明其祖先來源廣泛,這個結果與PCA分析和進化樹分析結果吻合。

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5. 功能基因挖掘

分別對表型性狀顯著差異的松浦鏡鯉和荷包紅鯉進行了比較分析,定位了與鯉魚鱗被缺失、紅色體色等性狀相關的遺傳座位以及功能基因(見下圖)。

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四、研究結論

完成了鯉魚全基因組序列圖譜繪制,這也是國際上首個完成全面解析的異源四倍體硬骨魚類基因組圖譜,包含5萬多個功能基因,基因覆蓋率達到了96.3%。鯉魚起源于進化歷史上的兩種二倍體祖先種雜交事件,保留了兩套祖先中的染色體和基因組,分子鐘證據表明這次基因組倍增發生在約820萬年前。對33尾鯉魚開展了全基因組重測序研究,揭示了鯉魚起源為兩個祖先。整合基因組和轉錄組分析鑒別出了與皮膚顏色等一些性狀相關的位點。本研究繪制了鯉魚基因組框架圖譜、基因組物理圖譜和高密度連鎖圖譜,為鯉魚基因組輔助育種研究、優良品種快速培育提供了重要基礎。

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