康普森小課堂 | 從全基因組到候選基因還可以這樣

來源: 發表日期:2018-09-04 瀏覽量:697

GWSS(genome-wide scans of selection,全基因組掃描選擇)指通過對自然群體的全基因組進行掃描,尋找并比較具有高度代表性的單倍型信息,分析基因組上存在的特異位點。

GWSS首次應用是在人類基因組進化的研究中[1], 通過比較亞非歐群體間高度純合的單倍型(extended haplotype homozygosity,EHH),分析各個群體基因組中受到自然選擇的基因,這一方法要解決的問題在于區分基因組中的自然選擇區段與中性效應。該研究開發了一種新的算法能夠分析這種效應,并得出群體中的基因組背離了中性效應,具有明顯的自然選擇趨勢,并利用GO注釋信息找到一些可能存在的控制性狀變異的候選基因。

GWSS的用途

① 進化分析中尋找基因組上自然選擇的足跡

② 補充控制常規性狀的基因定位信息(候選基因的選擇)

近期案例
近日,在Plant Journal上發表了一篇關于二穗短柄草利用全基因組掃描選擇(GWSS)檢測位于不同地理位置的群體中的自然選擇優勢基因[2],并驗證了三個抗葉銹病候選基因的存在性,為禾本科植物群體進化及候選基因的選擇提供了研究基礎。

二穗短柄草(Brachypodium distachyon.)是一種新型的單子葉自花授粉植物,生育期3個月,其基因組雖小到只有272Mb,但與主要糧食作物水稻、小麥、玉米有很好的共線性,且遺傳轉化技術成熟,是很好的小粒谷物生物學研究的模式植物,其研究模式也是典型禾本科植物的應用研究模型。


研究利用44份自然材料的全基因組測序數據,首先分析了群體結構及遺傳多樣性,發現這個物種的多個時間和空間尺度上,自然選擇正在形成遺傳多樣性。研究群體可以分為兩大類,這兩大類群體地理分布具有一致性,分別命名為Western與Eastern群體,它們的多態性及LD衰減值都具有顯著差異。

下圖是研究人員利用GO注釋信息尋找基因組上的over-represented區域,并利用Rsb test[1]進行群體間Hard Scan分析,利用H-Scan[3]進行群體內Soft Scan分析,結合diploS/HIC方法篩選基因組上自然選擇的優勢基因,利用H-scan 和 Rsb tests檢測,在Western群中分別找到了164與312個基因,在Eastern群體中分別找到了258與644個基因。

通過結合前人的抗葉銹病QTL定位數據[4],重點分析了選擇到的抗病候選基因。這些具有抗病特征的基因正好位于QTL區間內,驗證了該位點內抗病候選基因的存在性,為后期的功能驗證奠定遺傳基礎。

GWSS方法主要基于完整的全基因組序列及未經人工馴化的自然群體,之前在人類及動物上研究比較多,此次在二穗短柄草上的研究開啟了禾本科全基因組掃描選擇研究的大門,隨著測序技術越來越成熟,相信GWSS的應用會越來越多。


參考文獻


[1] K. Tang, K. R. Thornton, M. Stoneking. A new approach for using genome scansto detect recent positive selection in the human genome. Plos Biology.2007.

[2] Y.Bourgeois, C. Stritt, J.C. Walser, et al. Genome-wide scans of selection highlight the impact of biotic and abiotic constraints in. Plant Journal. 2018.

[3] F. Schlamp, J. Made., R. Stambler, et al. Evaluating the performance of selection scans to detect selective sweeps in domestic dogs.Mol  Ecol. 2016

[4] Barbieri M, Marcel TC, Niks RE, et al. QTLs for resistance to the false brome rust Puccinia brachypodii in the model grass. Genome. 2012.


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