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基因组测序 简化基因组测序 全基因组关联分析(GWAS)

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全基因组关联分析(Genome-wide association studies)又称连锁不平衡作图(Linkage disequilibrium mapping)或关联作图(Association mapping),以连锁不平衡为基础,通过分子标记和性状表型进行相关性分析来鉴定与目标性状紧密关联的标记或候选基因。利用RADGBS技术对某物种群体进行测序和全基因组关联分析,与全基因组重测序相比,只获得均匀分布于基因组的酶切位点附近的序列信息,降低了基因组的复杂程度和成本,尤其适合物种基因组大、样本量大的研究项目。此外,基于RADGBS技术的GWAS不受参考基因组的限制,可开发无参考基因组物种性状相关的分子标记,为后期的育种工作奠定基础。


适用范围

动植物自然群体;

样本具有代表性和多态性(如核心种质);

样本间不能有明显的亚群分化(如存在生殖隔离等);

所研究表型性状遗传力较强;

建议样本数300 


技术优势

快速精准高效的解析基因组之间的差异,获得广泛的分子标记;

快速高效:仅仅66个工作日即可完成全部分析内容,快速解析群体遗传学的相关信息;

方便快捷:无需构建遗传群体,即可进行高精度的性状定位;

精准分析:10年以上项目经验的专业分析人员深入解析,精确解决科研过程中的各个问题。


技术流程

 

简化基因组建库及测序流程


简化基因组GWAS分析流程


分析内容

解决问题

核心软件

SNP检测

准确定位变异位点

Stacks/pyRAD

系统发育树

构建系统进化树

MegaPhylipRaxMLPhyML

群体结构分析

了解材料之间的群体结构

Structure/smart PCA

全基因组关联分析GWAS

性状与基因组分子标记之间的定位

GAPIT/TASSEL/EMMAX

基因功能注释与富集分析

统计变异基因分布规律寻找变异丰富的功能分类

Gene Annotation (In house)




测序技术

RAD

GBS

建库

单酶切+随机打断+片段筛选

双酶切+片段筛选

测序策略

Illumina PE150

Illumina PE150

测序深度

推荐1-2×

每个Tag10×

项目周期

66个工作日

66个工作日

案例一:基于GBSGWAS定位高粱农业性状

971个来自全世界适应不同农业气候条件的品种基于GBS技术发现了约265,000SNPs,研究了高粱基于地理来源和形态的群体结构,以及识别古老作物适应非洲和亚洲地区多样农业气候的模式。对336株高粱个体的株高和花序结构进行GWAS发现了多个性状关联候选基因(图1,图2)。高粱的全基因组SNP变异图谱为通过分子辅助育种和基因组选择的作物改良提供了基础。

 

株高性状的GWAS结果

 

 

花序结构性状的GWAS结果

 

案例二:基于RAD-seqGWAS定位白虎白化基因

白虎是孟加拉虎(Panthera tigris tigris)的一种隐性纯合变异,具有白色的皮毛和黑色的条纹。本研究对来自一个家系在白化位点分离的16只老虎,以RAD-seq方法进行GWAS定位白化基因,结合3个亲本的全基因组重测序结果,定位了一个在转运蛋白SLC45A2上的氨基酸变异(A477V)。该变异可能部分阻断转运通道内部结构,影响黑色素生成。本研究表明将RAD-seq与重测序相结合可以在非模式生物中快速定位变异位点。

 

基于RAD-seqGWAS定位白化突变

参考文献

[1] Morris G P, Ramu P, Deshpande S P, et al. Population genomic and genome-wide  association  studies  of  agroclimatic  traits  in  sorghum[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013, 110(2): 453-458.

[2] Xu X, Dong G X, Hu X S, et al. The genetic basis of white tigers[J]. Current Biology, 2013, 23(11): 1031-1035.

1GWAS在性状定位中有哪些优势?

与传统QTL定位相比,GWAS研究具有定位精度高,无需构建作图群体,一次考察多个性状等优势,一般可以直接获得与目标性状相关的标记。


(2)GWAS研究对取材有什么要求?

GWAS研究一般选择自然群体中具有广泛的代表性和遗传多样性的个体;由于GWAS研究结果易受群体分层现象的影响,所以取材时要尽量控制和避免群体结构,如样品间不能有明显的亚群分化(如存在生殖隔离或地理隔离等)。


3GWAS研究中应该如何对材料进行表型鉴定?

GWAS研究中应选择遗传力高的性状;个体的性状表型鉴定部位保持一致;在同一环境中进行表型鉴定,建议同时记录性状和环境情况;表型记录要准确。

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