CN111684113B - 水稻绿色基因芯片与应用 - Google Patents
水稻绿色基因芯片与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111684113B CN111684113B CN201880083605.8A CN201880083605A CN111684113B CN 111684113 B CN111684113 B CN 111684113B CN 201880083605 A CN201880083605 A CN 201880083605A CN 111684113 B CN111684113 B CN 111684113B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rice
- chip
- snp
- gene
- analysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
- C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
- C40B40/00—Libraries per se, e.g. arrays, mixtures
- C40B40/04—Libraries containing only organic compounds
- C40B40/06—Libraries containing nucleotides or polynucleotides, or derivatives thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了水稻绿色基因芯片与应用,芯片命名为GSR40K,是基于Illumina芯片制造技术制作的SNP芯片,包含44263个位点,SNP位点来源于全世界各地的4726份栽培稻品种的重测序结果,每张芯片同时检测24个样品,可用于种质资源遗传多样性分析和亲缘关系分析、功能基因鉴定和基因定位、品种真实性鉴定、育种材料遗传背景分析。
Description
技术领域
本发明涉及分子生物学、基因组学、生物信息学及植物分子育种领域,具体地,涉及水稻绿色基因芯片与应用。
背景技术
SNP标记的开发是基于DNA测序基础上的(Davey等,Genome-wide genetic markerdiscovery and genotyping using next-generation sequencing.Nat Rev Genet.12:499-510.),自从2005年454测序仪问世以来的十多年时间,二代测序技术不断完善,基因组测序效率大大提高,测序成本大幅度下降,大量物种的全基因组序列完成,极大地推进了功能基因组研究的进展。
水稻作为单子叶植物研究的模式植物,同时也是全球最重要的粮食作物,对不同的品种进行重测序,利用重测序发现的SNP标记,构建高密度的水稻单倍型图谱(HapMap),利用全基因组关联分析(Genome-wide Association Mapping,GWAS)对重要农艺性状进行关联分析,确定重要农艺性状相关的候选基因位点,建立起一套高效快速、成熟稳定、成本低、通量高的基因型鉴定方法(Huang等,Genome-wide association studies of14agronomic tr aits in rice landraces.Nat Genet.2010,42:961-967),是分子生物学研究人员优先考虑的方向。
目前多个作物物种中都开发出了SNP基因芯片,水稻的Illumina InfiniumRice6K(Yu等,A whole genome SNP array(RICE6K)for genomic breeding inrice.Plant Biotech J,2014,12:28-37)、Cornell_6K_Array_Infinium_Rice(Thomson等,Large-scale deployment of a rice 6K SNP array for genetics and breedingapplications.Rice(N Y),2017,10:40)、Illu mina GoldenGate(Parida等,SNPs instress-responsive rice genes:validation,genotyping,functional relevance andpopulation structure.BMC Genomics.2012,13:426-443;)、Affyme trix GeneChip Rice44K(Zhao等,Genome-wide association mapping reveals a rich geneti carchitecture of complex traits in Oryza sativa.Nat Commun.2011,13:467)已经广泛的应用于种质资源筛选、品种真实性和纯度鉴定、育种材料遗传背景分析等工作;Ganal等(Alarge maize(Zea mays L.)SNP genotyping array:development and germplasmgenotyping,and genetic mapping to compare with the B73 reference genome.PLosOne.2011,6:e28334)利用Illumina Infinium maize SNP50基因芯片对两个玉米重组自交系群体进行分析,获得了分别包含20913和14524个标记的高密度遗传连锁图;在大豆的驯化历史研究中,Affymetrix Axiom全基因组SNP芯片NJAU 355K SoySNP分析了105个野生和262个栽培品种,得出大豆栽培品种起源于中国的中部和北部的结论(Wang等,Developmentand ap plication of a novel genome-wide SNP array reveals domesticationhistory in soybean.SciRep.2016,6:20728-20737);为构建小麦的高密度遗传连锁图,以小麦90KInfinium iSelec t SNP芯片对4个小麦群体进行了扫描,将29692个SNP标记定位到了6倍体小麦的21条染色体上(Wen等,A high-density consensus map of commonwheat integrating four ma pping populations scanned by the 90K SNParray.Front Plant Sci.2017,doi:10.3389/fpls.2017.01389)。
发明内容
本发明的目的在于提供了水稻绿色基因芯片,所述的芯片包括SEQ ID No.1~44263所示的共44263个多核苷酸。
本发明的另一个目的在于提供了水稻绿色基因芯片的应用。
为了达到上述目的,本发明采取以下技术措施:
申请人利用4726份水稻品种重测序结果,鉴定出14,541,446个SNP位点和2,855,580个InDel位点(http://ricevarmap.ncpgr.cn/v2/),并应用LD-KNN对其进行imputation,补缺后过滤掉缺失值比例大于30%的SNP位点,最终筛选得到44263个多核苷酸,将这些序列提交给Illumina公司,利用Infinium芯片制造技术制作SNP芯片,命名为GSR40K;所述的44263个多核苷酸为SEQ ID NO.1~44263所示。
水稻绿色基因芯片的应用,包括利用本发明提供的SNP芯片进行水稻功能基因鉴定或定位;利用本发明提供的SNP芯片进行水稻遗传多样性分析;利用本发明提供的SNP芯片进行水稻品种分析。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明与同类型的中国种子集团有限公司的Rice6K和Rice60K以及华智水稻生物技术有限公司的56K水稻SNP芯片相比具有更好的品种代表性。Rice6K芯片的SNP位点是从520多份水稻地方品种的测序数据中鉴定筛选出来的,Rice60K芯片上的SNP位点来源于730多份水稻品种,56K水稻SNP芯片从全球89个国家和地区代表性的3024份水稻品种全基因组重测序序列信息中挖掘出来,本发明的GSR40K水稻全基因组芯片SNP位点来源于全世界各地的4726份栽培稻品种的重测序结果。
本发明与上述10中的其它芯片相比:进行了进一步优选,优异标记的比例更多,减少了籼-粳差异标记,增加了籼-籼和粳-粳标记,使得不同亚群的分型效能更加合理。
附图说明
图1为一种水稻全基因组育种芯片GSR40K所有SNP位点在全基因组上的分布示意图。
图2为一种水稻全基因组育种芯片GSR40K所有位点籼稻之间、籼粳之间以及粳稻之间多态性SNP频率分布示意图。
图3为一种水稻全基因组育种芯片GSR40K对120个水稻品种进行遗传多样性分析的结果;其中图3中a为日本晴/明恢63每100kb差异标记数全基因组分布情况;
b为日本晴/明恢63每100kb差异标记数统计;
c为9311/Balila每100kb差异标记数全基因组分布情况;
d为9311/Balila每100kb差异标记数统计。
具体实施方式
本发明所述技术方案,如未特别说明,均为本领域的常规方案;所述试剂或材料,如未特别说明,均来源于商业渠道。
实施例1:
水稻全基因组育种芯片GSR40K的获得:
本发明利用4726份水稻品种重测序结果,鉴定出14,541,446个SNP位点和2,855,580个InDel位点(http://ricevarmap.ncpgr.cn/v2/),并应用LD-KNN对其进行imputation,补缺后过滤掉缺失值比例大于30%的SNP位点,对SNP位点的选择步骤如下:
1)应用Illumina评分系统对所有SNP位点进行评分,过滤分值小于0.6的位点。
2)过滤掉剩余SNP中第二种(按照等位基因频率降序排列)等位基因频率≤5%的位点。
3)判断剩余SNP位点是否存在两种以上基因型,并过滤掉存在两种以上基因型且第三种(按照等位基因频率降序排列)等位基因频率大于2%的位点。
4)判断剩余每个SNP位点上下游50bp中是存在第二等位基因频率大于10%的的SNP/InDe l位点,并过滤掉存在上述情况的SNP位点。
5)判断剩余SNP位点是否处于重复区间中,提取SNP上下游50bp序列,计算该段序列在水稻基因组中出现的次数(相似度≥80%),过滤出现次数≥2的SNP位点。
6)将水稻全基因组每100kb分为一个区段,计算每区段内SNP两两间的相关系数,以相关系数(R2≥0.60)为阈值将SNP分组。
7)构建一种综合评分策略,对剩余SNP效能进行评价,具体如下:
(1)分别计算SNP在All/All_Indica/All_Japonica/Aus/IndicaI/IndicaII/Indica_Interme diate/Temperate_Japonica/Tropical_Japonica/Japonica_Intermediate/GroupVI-Aromatic/Inter mediate亚群中等位基因频率。构建打分策略Score1=MAFAll*WAll+MAFAll_Ind*WAll_Ind+MAFAll_Jap*WAll_Jap+MAFIndI*WIndI+MAFIndII*WIndII+MAFInd_Int*WInd_Int+MAF TeJ*WTeJ+MAFTrJ*WTrJ+MAFJap_Int*WJap_Int。
按照每SNP illumina合成探针类型计算Score2=TypeinfiniumI*0.5+TypeinfiniumII*25。
(2)按照SNP位置计算Score3:SNP位于基因间区时Score3为0;SNP位于启动子区域时,Score3为0.5;SNP位于5`-UTR或3`-UTR时,Score3为1;SNP位于基因上且为同义突变时,Score3为1;SNP位于基因上且为非同义突变时,Score3为4;SNP位于基因上且为大效应突变时,Score3为8。总分值Score=Score1+Score2+Score3。
(3)按照每个SNP的Score值由大至小对12中每组SNP进行排序,依次选择组中分值最高SNP,进行合并,最终选择出44263个SNP位点。
所有44263个SNP位点为序列表所列的1~44263条DNA序列,将这些序列提交给Illu mina公司,利用Infinium芯片制造技术制作SNP芯片GSR40K。GSR40K所有SNP位点在全基因组上的分布如图1所示,总体上在全基因组均匀分布,同时在重要功能基因区域分布密集,能满足水稻种质资源遗传多样性分析和亲缘关系分析、满足水稻的功能基因鉴定和基因定位、满足水稻品种真实性鉴定和水稻育种材料遗传背景分析的需求。
实施例2:
利用GSRK40K水稻全基因组育种芯片检测水稻样品的方法,包括以下步骤:
1)水稻样品DNA的制备:根据检测需要利用天根生化科技(北京)有限公司的植物基因组DNA抽提试剂盒,按照试剂盒标准流程抽提不同组织、器官或个体的DNA,
2)水稻样品DNA的质量控制:用1%的琼脂糖凝胶电泳,检测基因组DNA的完整性;按照仪器使用说明,用Nanodrop2000分光光度计测定DNA的浓度,判断蛋白质和RNA的污染程度。
3)基因芯片检测:按照Illumina Infinium基因芯片检测标准流程操作。芯片扫描使用Illu mina HiScan芯片扫描仪。
4)基因芯片数据分析:Illumina HiScan扫描结果用Genome Studio软件分析基因型,并用R语言编程获得基因型比较结果。
实施例3:
GSR40K芯片标记分型效果评估
533水稻种质资源(http://ricevarmap.ncpgr.cn/v1/cultivars_information/)中随机选取亚群(IndI 98份、IndII 105份、TeJ 91份、TrJ 44份)品种,利用GSR40K芯片进行分析,比较亚群内和亚群间芯片多态性标记比例。比较数据分为七组,分别为:籼(Ind)粳(Jep)间、籼1群(IndI)和籼2(IndII)群间、温带粳稻群(TeJ)和热带粳稻群(TrJ)间、籼1群内部(IndI)、籼2群(IndII)内部、温带粳稻群(TeJ)内部、热带粳稻群(TrJ)内部。每组随机选取10份共140份数据进行比较,结果见图2。籼粳群间平均多态性标记数约22000个,籼1和籼2平均多态性标记数约14000个,温带粳稻和热带粳稻亚群间平均多态性标记数约10000个,在温带粳稻亚群内部遗传背景极为相似的情况下,多态性标记数仍然达到平均约7000个。Rice6K育种芯片包含5636个SNP标记,其籼稻与粳稻、籼稻与籼稻已经粳稻与粳稻之间多态性标记数分别平均为2600、1000和800,远低于本发明的GSR40K芯片;Rice60K育种芯片包含58290个SNP位点,位点数远高于GSR40K芯片,但其籼稻与粳稻之间、籼稻与籼稻之间以及粳稻与粳稻之间多态性标记数分别平均约为19000、10000和8000个,均低于GSR40K。
实施例4:
GSR40K芯片应用于水稻遗传背景选择:
利用实施例2所述的方法,应用GSR40K芯片对日本晴/明恢63及9311/Ballila群体的亲本日本晴、明恢63以及Ballila进行检测,确定是否可用于对上述两个杂交组合后代群体的背景选择。
分析结果显示日本晴/明恢63每1000kb平均差异标记数为56,9311/Balila每1000kb平均差异标记数为59,相当于约平均每20kb有一个可区分双亲的多态性标记,差异标记在全基因组上分布均匀,可有效满足分子育种中对背景进行精确选择的标记需求(图3)。
利用日本晴、明恢63和Ballila的测序数据,分析Rice6K和Rice60K芯片SNP位点在上述两个群体对应亲本之间的差异标记分布情况,发现Rice6K芯片SNP位点在日本晴/明恢63和9311/Ballila两个杂交组合亲本之间每1000kb的平均差异性标记数分别为7.5和8.0个,Rice60K芯片SNP位点在日本晴/明恢63和9311/Ballila两个杂交组合亲本之间每1000kb的平均差异性标记数分别为49.6和51.8个,均低于本发明的GSR40K芯片。
实施例5:
利用GSR40K芯片进行重要基因功能分析
分子设计育种的策略是将育种总体目标分解成若干个单元目标,根据每个单元设计并培育一批符合单元目标的育种材料,最后按照整体目标将各单元材料具备的基因组合在一起,获得符合总体目标的品种。解析品种中重要功能基因的存在情况尤为重要。
GSR40K芯片可解析品种抗稻瘟病、抗褐飞虱、抗白叶枯等重要农艺性状功能基因,为设计育种提供信息基础。
应用GSR40K芯片检测水稻品种IRBB-60,分析其抗稻瘟病、抗褐飞虱以及抗白叶枯基因情况,结果如下:
同时对上述基因进行Sanger测序,对比芯片分析与测序的结果,发现二者对功能基因的判断结果完全一致,即IRBB-60含有白叶枯抗性基因xa5,xa13,Xa21,说明GSR40K芯片可有效进行重要功能基因等位基因的分析。
Claims (4)
1.一种水稻绿色基因芯片,所述的芯片包括SEQ ID No.1~44263所示的共44263个多核苷酸。
2.权利要求1所述的芯片在进行水稻功能基因鉴定或定位中的应用。
3.权利要求1所述的芯片在进行水稻遗传多样性分析中的应用。
4.权利要求1所述的芯片在进行水稻品种分析中的应用。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/CN2018/111983 WO2020082314A1 (zh) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | 水稻绿色基因芯片与应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111684113A CN111684113A (zh) | 2020-09-18 |
CN111684113B true CN111684113B (zh) | 2023-06-09 |
Family
ID=70331708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201880083605.8A Active CN111684113B (zh) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | 水稻绿色基因芯片与应用 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111684113B (zh) |
WO (1) | WO2020082314A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113493853A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-10-12 | 双绿源创芯科技(佛山)有限公司 | 用于水稻品种资源鉴定的snp标记组合 |
CN114395639B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-06-09 | 华智生物技术有限公司 | 用于鉴定水稻品系纯度的snp分子标记组合及其应用 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102747138A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-10-24 | 中国种子集团有限公司 | 一种水稻全基因组snp芯片及其应用 |
CN105008599A (zh) * | 2013-02-07 | 2015-10-28 | 中国种子集团有限公司 | 水稻全基因组育种芯片及其应用 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110050092B (zh) * | 2016-12-08 | 2023-01-03 | 中国种子集团有限公司 | 水稻全基因组育种芯片及其应用 |
-
2018
- 2018-10-25 CN CN201880083605.8A patent/CN111684113B/zh active Active
- 2018-10-25 WO PCT/CN2018/111983 patent/WO2020082314A1/zh active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102747138A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-10-24 | 中国种子集团有限公司 | 一种水稻全基因组snp芯片及其应用 |
CN105008599A (zh) * | 2013-02-07 | 2015-10-28 | 中国种子集团有限公司 | 水稻全基因组育种芯片及其应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020082314A1 (zh) | 2020-04-30 |
CN111684113A (zh) | 2020-09-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102747138B (zh) | 一种水稻全基因组snp芯片及其应用 | |
KR102015929B1 (ko) | 논벼의 전체 게놈 육종 칩 및 이의 응용 | |
Wu et al. | High-density genetic map construction and QTLs analysis of grain yield-related traits in Sesame (Sesamum indicum L.) based on RAD-Seq techonology | |
Chen et al. | A high-density SNP genotyping array for rice biology and molecular breeding | |
CN108779459B (zh) | 棉花全基因组snp芯片及其应用 | |
CN109196123B (zh) | 用于水稻基因分型的snp分子标记组合及其应用 | |
WO2021226806A1 (zh) | 甘蓝型油菜高密度全基因组snp芯片及其应用 | |
CN108998550B (zh) | 用于水稻基因分型的snp分子标记及其应用 | |
CN108060261B (zh) | 一种对玉米snp标记组合进行捕获测序的方法及其应用 | |
CN107090494B (zh) | 与谷子码粒数性状相关的分子标记及其检测引物和应用 | |
CN107090495B (zh) | 与谷子脖长性状相关的分子标记及其检测引物和应用 | |
CN110923352B (zh) | 小麦抗白粉病基因PmDTM的KASP标记及其应用 | |
CN111684113B (zh) | 水稻绿色基因芯片与应用 | |
Nguyen et al. | Tools for Chrysanthemum genetic research and breeding: Is genotyping-by-sequencing (GBS) the best approach? | |
CN111088382A (zh) | 一种玉米全基因组snp芯片及其应用 | |
CN107090450B (zh) | 与谷子穗长性状相关的分子标记及其检测引物和应用 | |
CN114395642A (zh) | 一种小麦-黑麦全基因组液相芯片及应用 | |
CN108179220B (zh) | 小麦矮秆基因Rht12紧密连锁的KASP标记及其应用 | |
CN109762922A (zh) | 用于菜豆种质资源鉴定的snp标记及其筛选方法 | |
CN108456740A (zh) | 一个水稻稻瘟病抗性位点‘Pi-jx’及其Indel标记引物和育种应用 | |
CN109504792B (zh) | 一种与水稻柱头外露相关的分子标记及其筛选方法和应用 | |
CN107447022B (zh) | 一种预测玉米杂种优势的snp分子标记及应用 | |
CN114574613B (zh) | 一种小麦-拟鹅观草全基因组液相芯片及应用 | |
CN108060247B (zh) | 一种与陆地棉8号染色体纤维强度相关的单体型 | |
CN115852032B (zh) | 与豇豆豆荚颜色相关的基因、kasp标记及其应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |