華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生物信息團(tuán)隊(duì)發(fā)布油菜群體變異數(shù)據(jù)庫(kù)
2022年02月09日來(lái)源：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
2月8日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生物信息團(tuán)隊(duì)楊慶勇教授課題組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Molecular Plant在線發(fā)表題為“BnVIR: bridging the genotype-phenotype gap to accelerate mining of candidate variations for traits in Brassica napus”的研究論文，該研究建立了甘藍(lán)型油菜基因型與基因表達(dá)、表型的關(guān)聯(lián)，為快速、高效地挖掘油菜候選變異/基因提供了平臺(tái)。
該研究首先構(gòu)建了一套由2,311個(gè)甘藍(lán)型油菜核心種質(zhì)鑒定的10,090,561個(gè)遺傳變異的數(shù)據(jù)集，其中包括SNP、InDel和不同種類(lèi)的SV，這是目前已發(fā)表的最為系統(tǒng)、最為完整的甘藍(lán)型油菜遺傳變異集合。該研究以其中1,703個(gè)材料的18個(gè)性狀的表型數(shù)據(jù)和309個(gè)材料的RNA-seq數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建出甘藍(lán)型油菜變異信息資源數(shù)據(jù)庫(kù)BnVIR（http://yanglab.hzau.edu.cn/BnVIR）（圖1）。
圖1 BnVIR數(shù)據(jù)庫(kù)主頁(yè)、構(gòu)建流程和概貌
該數(shù)據(jù)庫(kù)提供了群體水平的遺傳變異基因型與表型和基因表達(dá)量的關(guān)聯(lián)，可輔助快速挖掘與油菜性狀相關(guān)的候選變異和基因（圖2）。此外，該數(shù)據(jù)庫(kù)為甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源的查詢、群體遺傳學(xué)和進(jìn)化分析以及關(guān)聯(lián)分析等提供了多種工具。最后，該研究通過(guò)挖掘一些已報(bào)道的（如FLC.A10、FAE1.A08、FAE1.C03、FAD2.A05）和新鑒定的候選基因和功能變異的案例分析，以及獨(dú)立表型數(shù)據(jù)集的檢驗(yàn)分析等系列工作，系統(tǒng)全面地展示了該數(shù)據(jù)平臺(tái)在挖掘與表型相關(guān)的候選變異和基因的潛力、可靠性與穩(wěn)健性（圖3）。與現(xiàn)有甘藍(lán)型油菜數(shù)據(jù)庫(kù)不同，BnVIR提供了更加全面、更加豐富的變異及其與多個(gè)組學(xué)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和更加友好和豐富的用戶界面，可顯著提高研究者挖掘候選變異和基因的效率，并為甘藍(lán)型油菜的分子育種開(kāi)發(fā)提供有價(jià)值的標(biāo)記。
圖2 使用BnVIR數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證/挖掘候選基因/變異的實(shí)例
遺傳變異是物種表型多樣性形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，包括單核苷酸多態(tài)性（SNP），小片段的插入/缺失（InDel）以及大規(guī)模結(jié)構(gòu)變異（SV）。目前，遺傳變異已被廣泛應(yīng)用于人類(lèi)疾病、動(dòng)植物重要農(nóng)藝或經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)遺傳位點(diǎn)的鑒定、重要功能基因的克隆、分子標(biāo)記輔助選擇育種等工作。對(duì)于作物遺傳育種，準(zhǔn)確了解遺傳變異對(duì)基因的調(diào)控效應(yīng)以及與表型分化的關(guān)聯(lián)，對(duì)種質(zhì)資源的精準(zhǔn)鑒定和優(yōu)異等位基因的挖掘具有重要作用。
油菜作為世界四大油料作物之一，在全球范圍內(nèi)為人類(lèi)的生活和生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的食用植物油和飼料蛋白來(lái)源。我國(guó)年均油菜生產(chǎn)和消費(fèi)居世界首位，常年種植面積1億畝左右，占油料作物面積的50%以上，油菜安全生產(chǎn)在保障我國(guó)食用油供應(yīng)和蛋白飼料需求上發(fā)揮著重要作用。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)一代又一代油菜科學(xué)家的努力，我國(guó)油菜研究實(shí)現(xiàn)了從理論、技術(shù)、產(chǎn)品到轉(zhuǎn)化的鏈?zhǔn)絼?chuàng)新，推動(dòng)了我國(guó)油菜基礎(chǔ)研究與應(yīng)用步入世界第一方陣（《中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技發(fā)展報(bào)告（2012—2017）》）。然而，當(dāng)前我國(guó)油菜大多仍以常規(guī)育種與分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)為主，與國(guó)外大規(guī)模應(yīng)用的以基因組選擇為核心的分子育種技術(shù)相比，在品種育成速度、成功率及效率等方面仍有較大差距。因此，如何將基礎(chǔ)研究中長(zhǎng)期積累的資源和多組學(xué)數(shù)據(jù)（基因組、轉(zhuǎn)錄組等）優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化成育種優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前油菜遺傳育種的核心研究?jī)?nèi)容之一。
隨著后基因組代的到來(lái)，作物科學(xué)領(lǐng)域已積累海量數(shù)據(jù)，利用生物信息技術(shù)將大規(guī)模的多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的整合和分析，并構(gòu)建更友好的圖形化、可視化數(shù)據(jù)庫(kù)，將極大促進(jìn)重要農(nóng)藝性狀的功能基因的發(fā)掘及機(jī)制解析，推動(dòng)優(yōu)異種質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)和利用，加快品種選育。這對(duì)發(fā)展高效、精準(zhǔn)的新一代生物育種，打贏種業(yè)翻身仗具有重要意義。該研究不僅為甘藍(lán)型油菜今后的遺傳育種提供了重要平臺(tái)，也為其他作物進(jìn)行整合和利用多組學(xué)數(shù)據(jù)推動(dòng)育種產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要參考。
我校信息學(xué)院楊慶勇教授為論文通訊作者，信息學(xué)院已畢業(yè)博士生楊植全（現(xiàn)廣州大學(xué)博士后）、博士研究生梁聰園和碩士研究生魏璐露為論文共同第一作者。我校作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周永明教授、郭亮教授對(duì)本研究提供了重要指導(dǎo)。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目資助。
楊慶勇教授課題組近年來(lái)聚焦“油菜基因組學(xué)與分子育種”研究方向，先后與國(guó)內(nèi)多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)系統(tǒng)整合和分析甘藍(lán)型油菜的多組學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了首個(gè)油菜泛基因組（Nature Plants, 2020）及其數(shù)據(jù)庫(kù)BnPIR（Plant Biotechnology Journal, 2021）、油菜轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)BnTIR （Plant Biotechnology Journal, 2021）、油菜遺傳變異數(shù)據(jù)庫(kù)BnVIR（Molecular Plant, 2022）和植物遺傳變異參考面板數(shù)據(jù)庫(kù)Plant-ImputeDB （Nucleic Acids Research, 2021），搭建了我國(guó)自主可控的油菜參考基因組生態(tài)。目前在Molecular Plant、Nature Plants、Nucleic Acids Research、Plant Biotechnology Journal等雜志發(fā)表多篇油菜基因組和數(shù)據(jù)庫(kù)論文。
編輯：孟庭偉
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