CN116463445B - 一种柑橘全基因组40k液相芯片及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柑橘全基因组40K液相芯片及应用，包括柑橘40K位点探针混合液和杂交捕获试剂，所述柑橘40K位点探针混合液包括40323个柑橘SNP背景位点探针和5355个柑橘SNP关联位点探针，每个位点至少2根捕获探针；可以应用于柑橘遗传多样性分析、分子遗传图谱构建、全基因组关联分析、品种真实性鉴定、分子标记辅助选择育种以及全基因组选择育种中。

Description

一种柑橘全基因组40K液相芯片及应用
技术领域
本发明涉及基因芯片技术领域，具体涉及一种柑橘全基因组40K液相芯片及应用。
背景技术
液相芯片基于重测序技术，对每个目标位点进行专一性捕获，并进行高深度的重测序，具有检测准确性高、通量大、成本低的优点。突破了目前固相定制芯片平台费用高昂、灵活性差、难于大规模应用等技术瓶颈，为非模式生物提供了一种兼容不同通量级别、不同标记类型的高效灵活的靶向基因分型技术。液相芯片一般包括根据DNA互补原理，为每个待测位点设计的一条生物素(Biotin)标记、覆盖目标SNP的探针，这些探针在液态中与基因组目标区域杂交形成双链，可以利用链霉亲和素包衣的磁珠与带有生物素的分子的吸附作用，经洗脱、扩增、建库之后进行二代测序，最终还原目标位点及其周围SNP的基因型状态。液相芯片目前在物种进化分析、种质资源评价与DNA指纹鉴定、分子遗传图谱构建、基因/QTL定位和基因克隆、分子标记辅助选择、全基因组选择等方面已经有着较为成熟的应用。
针对上述，以改良种质资源为目的的分子生物学手段在柑橘中应用的需求显得尤为重要和急迫。然而，国内尚无已开发成熟的柑橘可用的基因分型芯片，因而，为提高柑橘育种效率、加快柑橘育种进程，更好的服务于柑橘产业化应用，开发一款经济、合适的基因分型产品相当有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是将改良种质资源的分子生物学手段如何应用于柑橘中得到基因分型芯片，目的在于提供一种柑橘全基因组40K液相芯片，能够为柑橘经济性状研究、品种鉴定、全基因组选择育种以及标记辅助育种提供重要的技术手段，可以满足柑橘大规模商业化育种的需求。
本发明通过下述技术方案实现：
一种柑橘全基因组40K液相芯片，包括柑橘40K位点探针混合液和杂交捕获试剂，所述柑橘40K位点探针混合液包括柑橘SNP背景位点探针和柑橘SNP关联位点探针，每个位点至少2根捕获探针。
本发明的有益效果为：
1、基于靶向捕获测序技术开发的柑橘基因型分型的高通量全基因组40K液相芯片，结合添加关联位点探针，克服了柑橘在科研中遗传多样性分析、QTL定位、GWAS分析的应用成本高的缺点，实现柑橘基因分型，并有效节省样本检测服务周期，为柑橘科研提供技术支持，此处的科研包括但不限于柑橘遗传多样性分析、分子遗传图谱构建、全基因组关联分析、品种真实性鉴定、分子标记辅助选择育种、全基因组选择育种等等。
2、柑橘全基因组40K液相芯片实现探针合成、样品检测、检测试剂的完全国产化，进而有效避免了进口相关设备、试剂的高额费用，减少了材料核心数据的外泄风险，避免了样品检测因贸易摩擦还带来的诸多不便。
3、该柑橘全基因组40K液相芯片克服了重测序数据量大、无用信息多、分析难度大等缺陷，在达到相同结果的前提下，实现快速检测、降低成本、数据分析简单等有利于产业发展的优势；与简化基因组测序(GBS)相比，柑橘全基因组40K液相芯片在获得代表全基因高密度分子标记时，避免了GBS分析时存在的数据量过大，以及不同材料、实验室和平台之间所获得的GBS标记数据很难进行比对和累加，从而致使GBS数据难以长期保存和综合利用的缺陷；柑橘全基因组40K液相芯片具有数据输出一致率高、同一材料数据可长期使用且数据分析相对简单等诸多优势。
4、基于靶向捕获测序技术开发的柑橘基因型分型的高通量全基因组40K液相芯片，探针设计时结合捕获的SNP位点在全基因组的均匀分布情况，以及捕获位点多态性的问题，挑选位点的MAF尽可能大于0.05，同时，考虑了位点检出率问题，去掉缺失率高的位点；同时，通过添加的SNP功能标记，利用设计的芯片可以实现基因分型，在柑橘育种中有很大的利用价值。
5、基于靶向捕获测序技术，其探针对侧翼序列拥有较好的容忍性，在侧翼序列变异不高于10％的情况下，依然可以稳定捕获目标序列；除获取目标SNP信息外，还可获取上下游各80bp的序列信息，为柑橘科研及分子育种提供更多的信息支撑。
6、采用的液相芯片技术相较于传统的固相芯片技术，无样品检测数量要求，少量样本即可检测，检测时无需凑样、无样品数量的限制，大大节省了样本检测的服务周期，提高了科研效率及育种效率；开发的SNP芯片密度可以灵活调整，可形成40K、20K、10K等不同产品的应用场景，根据需要产品可以补充新的位点。
7、填补了我国柑橘从传统育种向分子育种迈进时无产品可用的尴尬处境，利用靶向捕获测序技术设计柑橘高通量SNP液相探针芯片，将GBTS技术推广至柑橘基础研究和分子育种应用中，进而更好的应用于科研和育种过程中。
附图说明
图1为本发明实施例中柑橘全基因组40K液相芯片的设计流程图；
图2为本发明实施例中柑橘SNP位点探针在染色体上的分布图。
图3为本发明实施例中位点筛选群体的进化树；
图4为本发明实施例中SNP位点在不同染色体的分布情况图；
图5为本发明实施例中SNP位点的MAF分布统计图；
图6为本发明实施例中SNP位点在基因结构中的分布统计图；
图7为本发明实施例中SNP位点类型统计图。
具体实施方式
本发明提供一种柑橘全基因组40K液相芯片，包括柑橘40K位点探针混合液和杂交捕获试剂。其中，柑橘40K位点探针混合液包括柑橘SNP背景位点探针和柑橘SNP关联位点探针，每个位点至少2根捕获探针。
基于靶向捕获测序技术开发的柑橘基因型分型的高通量全基因组40K液相芯片，结合添加的关联位点，实现柑橘基因分型，并有效节省样本检测服务周期，为柑橘科研提供技术支持。
其中，柑橘SNP背景位点探针的核心位点信息如表1所示。柑橘关联位点探针的位点信息如表2所示。
表1柑橘SNP背景位点探针的核心位点信息
需要说明的是：表1中下划线前面的数值为染色体的编号，例如：9_26220374表示第9号染色体上的26220374号位点。
表2柑橘关联位点探针的位点信息
表2中下划线前面的数值为染色体的编号，例如：7_15822003表示第7号染色体上的15822003号位点。
实施例1
一种柑橘全基因组40K液相芯片，包括柑橘40K位点探针混合液和杂交捕获试剂。其中，柑橘40K位点探针混合液包括柑橘SNP背景位点探针和柑橘SNP关联位点探针，每个位点至少2根捕获探针。
杂交捕获试剂为来自石家庄博瑞迪生物技术有限公司的GenoBaits DNA-seqLibrary Prep试剂盒，包括独立包装的GenoBaits Block I、GenoBaits Block II、GenoBaits 2×Hyb Buffer、GenoBaitsHyb Buffer Enhancer、GenoBaits 2×BeadsWashBuffer、GenoBaits 10×Wash Buffer I、GenoBaits 10X Wash Buffer II、GenoBaits10XWash Buffer III、GenoBaits 10X Stringent Wash Buffer。
其中，柑橘SNP背景位点探针在染色体上的分布如图2所示。
实施例2
柑橘全基因组40K液相芯片，所述柑橘全基因组40K SNP位点通过下述方法获取：
(1)根据326个柑橘种质资源高深度重测序样本数据，通过BWA比对柑橘参考基因组后，所述柑橘参考基因组的基因组版本为SWO.v3.0.genome.fa；
利用GATK检测所有样本SNP背景位点的并集合位点，并筛选出若干个位点用于目标位点的挑选；按照位点挑选过滤的标准进行再次挑选，并将挑选之后的总集合进行探针评估；
(2)柑橘全基因组40K液相芯片，柑橘SNP关联位点通过下述方法获取：通过BWA比对柑橘参考基因组后，利用GATK检测所有样本SNP位点的并集合位点，结合柑橘69个性状进行全基因组关联分析，利用TASSEL软件的混合线性模型得到显著关联SNP，公式计算为：y＝Xα+Qβ+Kμ+e；通过STRUCTURE软件计算样品群体结构Q，通过SPAGeDi软件计算样品间亲缘关系K，X为基因型，y为表型，并使每个代谢物表型中每个SNP位点都得到一个关联值；通过Bonferroni校正后的阈值过滤并选择距离大于50bp的位点，从而获得显著关联的SNP位点。
(3)将柑橘SNP功能标记与步骤(1)获得的标记总集合进行对比去重，去重后将剩余标记进行合并，得到用于探针评估开发的标记；
(3)探针评估时对位点进行挑选：舍弃上下游50bp在基因组上的序列是小写的重复序列区，计算剩余位点上下游各50bp的GC含量，保留大于30％、小于70％的目标位点作为候选集，并筛选出包含柑橘SNP关联位点的若干个位点；
(4)将染色体分为等长的区段，对设计出来的所有位点按每个区段挑选MAF＞0.05的候选位点，按染色体均匀分布和MAF值高的位点并加上所有关联位点共得到若干个位点，加上功能标记，作为测试的45K位点集合；
(5)通过产品检测测试，删除分型表现差的约5K位点，形成满足评估要求、且包含关联位点的核心位点的产品集合，并形成全基因组40K液相芯片，并形成柑橘全基因组40K液相芯片最佳实验流程。
通过实施例1至实施例2所获得的柑橘全基因组40K液相芯片，其相关的检测视图如图3至图7所示。
实施例3
柑橘全基因组40K液相芯片，包括的柑橘全基因组40K位点探针的设计过程为：
(1)探针长度110bp、探针GC含量在30％～70％之间、同源性区域个数≤5，选取区域最大限度地不包含SSR和GAP区域；
(2)根据筛选获得的SNP位点设计两条有60％～70％重叠且覆盖SNP位点的核苷酸序列；
(3)根据设计的核苷酸序列进行单链核苷酸合成，合成的两条长度为110bp，5’端带有生物素基团修饰的DNA核苷酸序列称为柑橘全基因组40K位点探针；
(4)将上述两条合成后的柑橘全基因组40K位点探针进行等摩尔质量混合，利用EDTA和Tris HCl混合液定容为3pmol/mL的柑橘全基因组40K位点探针混合液。
通过实施例1至实施例3所获得的柑橘全基因组40K液相芯片，其应用过程如下。
(1)取10份柑橘叶片，放置于实验中自然晾干，用于DNA提取；
(2)按照柑橘全基因组40K液相芯片实验操作步骤进行DNA提取，文库构建，上机测序并获得最终的SNP数据；
(3)产品检出率是衡量芯片质量的重要指标，在植物中一般根据产品检出位点数与开发位点数的比值衡量检出率；本产品的10份样本平均检出率为97.467％。
表3.利用柑橘全基因组40K液相芯片对10个柑橘样本的位点检出测试
样品名称 捕获位点数 位点捕获效率(％)
AY28_CYC94_4 39409 96.8685
AY28_TC_5 39261 96.5047
BZH_TC_3 39980 98.272
BZH_TC_8 39956 98.213
CYC94_TC_5 39780 97.7804
JC_QDL_6 39162 96.2613
TX_QDL_6 40285 99.0217
WG_CYC94_1 38977 95.8066
WG_CYC94_3 40303 99.0659
WG_CYC94_4 39312 96.8685
由图2-7可知，本发明公开的柑橘全基因组40K液相芯片具有高密度、高位点捕获效率。本发明公开的柑橘全基因组40K液相芯片可应用于柑橘遗传多样性分析、分子遗传图谱构建、全基因组关联分析、品种真实性鉴定、分子标记辅助选择育种、全基因组选择育种。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种柑橘全基因组40K液相芯片，其特征在于，包括柑橘40K位点探针混合液和杂交捕获试剂，所述柑橘40K位点探针混合液由柑橘SNP背景位点探针和柑橘SNP关联位点探针组成，每个位点至少2根捕获探针；
柑橘参考基因组的基因组版本为SWO.v3.0.genome.fa；
所述柑橘SNP背景位点中核心位点的信息如下表所示；
所述柑橘SNP关联位点信息如下表所示；
表中下划线前面的数值为染色体的编号，下划线后面的数值为该染色体上的位点；
柑橘全基因组40K位点探针的设计过程为：
(1)探针长度110bp、探针GC含量在30％～70％之间、同源性区域个数≤5，选取区域最大限度地不包含SSR和GAP区域；
(2)根据筛选获得的SNP位点设计两条有60％～70％重叠且覆盖SNP位点的核苷酸序列；
(3)根据设计的核苷酸序列进行单链核苷酸合成，合成的两条单链核苷酸的长度均为110bp，两条单链核苷酸的5’端均带有生物素基团修饰的DNA核苷酸序列称为柑橘全基因组40K位点探针；
(4)将上述两条合成后的柑橘全基因组40K位点探针进行等摩尔质量混合，利用EDTA和Tris HCl混合液定容为3pmol/mL的柑橘全基因组40K位点探针混合液。
2.权利要求1所述的柑橘全基因组40K液相芯片在柑橘遗传多样性分析、分子遗传图谱构建、全基因组关联分析、品种真实性鉴定、分子标记辅助选择育种或全基因组选择育种中的应用。
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