无花果遗传图谱的构建及性别决定基因的识别

  摘要

  为了了解无花果性别决定的因素，本研究构建了无花果的第一个基因组草图，并用来进行进一步的分析。利用RAD测序技术构建无花果的高密度遗传图谱，全基因组关联分析检测到和无花果性别决定完全相关的RAN1（编码铜转运ATP酶）同源基因中有两个错义突变。这个研究结果表明RAN1有可能是无花果中与性别决定相关的候选基因。这篇文章的基因组资源和遗传学发现，能对普通的无花果属物种的研究提供参考，对无花果及植物的性别决定系统提供新的视角。

  材料方法

  De novo测序材料：Horaishi（栽培品种），DNA提取：叶片（DNeasy plant kit），测序文库：PE 500bp，mate-pair：5000bp，测序平台：Illumina GAIIx，MiSeq，HiSeq 2000；基因组大小评估：K-mer（之前流式细胞仪：356Mb）；原始数据：32.6G，高质量数据：18.6G（~60X）。

  De novo组装：Platanus sofware (ver. 1.2.1)；基因预测和注释：新基因预测：Augustus program(ver.3.2.1)，基因注释：Nr，InterPro，KEGG。

  全基因组重测序：雄性（Caprifg 6085、Capri Type），雌性（Masui Dauphine，Toyomitsuhime，King）

  转录组测序：叶片、茎+果实（De novo sequencing and comparative analysis of expressed sequence tags from gynodioecious fg (Ficus carica L.)fruits: caprifg and common fg. Tree Genet. Genomes）

  简化基因组测序：遗传图构建+GWAS；测序平台：Illumina HiSeq PE93bp；遗传图构建：JoinMap4；遗传群体：Horaishi x Caprifg6085 F1群体（51个），自然群体：122个品种（22雄性、97雌性、3未知）；比较基因组圈图：Circos program；

  研究结果

  1、无花果基因组de novo测序、组装及注释

  RNA-seq：组织特异表达基因韦恩图

  2、无花果遗传图谱的构建

  左侧为父本（野生）图、右侧为母本（栽培）图，13个连锁群共7498个上图标记（58 SSR+7440 SNP），父本图总图距为1063.2cM，母本图总图距为1167.4cM，一致性区间总图距1024.1cM，标记密度为0.14。

  3、无花果与其它物种的基因组共线性关系

  A.无花果和枣的基因组共线性分析B.无花果和桃的基因组共线性分析C.无花果和梅的基因组共线性分析；

  无花果的连锁群Fc1a和Fc1b与枣的1号染色体共线性很好，连锁群Fc4与枣的4号及8号染色体共线性很好，其余几乎一一对应；与桃和梅花之间的共线性关系相对较复杂（亲缘关系相对较远）

  4、无花果性别决定基因的识别

  A.利用包含52个F1的作图群体进行QTL定位的结果（同时定位的区间被锚定到基因组组装的scaffold000259上）；

  B.利用122份无花果资源进行GWAS分析同样关联到scaffold seq000259（其中4个SNP位点与性别决定性状相关性极高）

  C.4个SNP位点存在于同一个基因RAN1中（且有两个SNP引起非同义突变）

  5、对5种材料进行全基因组重测序验证RAN1区间

  seq000259区间共39个相关性较高的SNP，包含RAN1基因的两个候选SNP。

  18个雄性材料的候选基因位点已知为杂合（只有RAN1基因的SNP）。

  RAN1在不同组织的表达丰度（在果实中最高）。

  研究亮点

  1、构建了无花果的第一张基因组草图，并利用一个包含52的单株的F1群体构建了无花果的遗传图谱（简化测序+EST-SSR标记）

  2、 重点利用F1遗传群体及包含122个材料的自然群体进行无花果性别决定基因的识别，并定位到了相同的区间（获得候选基因RAN1）

  3、利用重测序在其它材料中对关联区间内的其他SNP进行排除，并检测了RAN1在不同组织中的表达水平，进一步提供RAN1是无花果性别决定的候选基因。

  参考文献

  Identification of RAN1 orthologue associated with sex determination through whole genome sequencing analysis in fig (Ficus carica L.)[J].Sci Rep.2017.IF=5.228