11月22日，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米DNA指紋及分子育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分子檢測團(tuán)隊(duì)在國際知名植物學(xué)期刊The Plant Journal（IF=6.141）在線發(fā)表題為“New resources for genetic studies in maize （Zea mays L.）： a genome-wide Maize6H-60K SNP array forbid its application”的研究論文，報(bào)道了Maize6H-60K SNP芯片研制過程及其在玉米種質(zhì)資源評(píng)估、分子鑒定、分子育種中的應(yīng)用。
盡管玉米已有較多分子標(biāo)記可用，但是種質(zhì)資源的有效評(píng)價(jià)、品種的精準(zhǔn)鑒定、高效低成本地進(jìn)行大量材料的基因分型仍然具有挑戰(zhàn)性。為了推進(jìn)玉米高密度、高效率SNP基因分型技術(shù)的應(yīng)用，研究人員基于全球收集的388個(gè)玉米自交系的全基因組重測序數(shù)據(jù)，研制了Maize6H-60K SNP芯片。首先在核基因組上挖掘定位到了160M個(gè)SNP位點(diǎn)，建立原始SNP位點(diǎn)信息集。經(jīng)過測序數(shù)據(jù)覆蓋度、位點(diǎn)質(zhì)量分值評(píng)估，獲得25.6M個(gè)SNP位點(diǎn)，形成優(yōu)異SNP位點(diǎn)池。并行開發(fā)了100個(gè)葉綠體基因組位點(diǎn)，并入到優(yōu)異位點(diǎn)池中。將上述優(yōu)異位點(diǎn)基于側(cè)翼序列保守性、芯片平臺(tái)兼容性、位點(diǎn)雜合率進(jìn)一步篩選評(píng)估，并將玉米核基因組按照100kb窗口劃分為20,599個(gè)bins，每個(gè)bin內(nèi)隨機(jī)選取約10個(gè)SNP位點(diǎn)，最后獲得候選位點(diǎn)199,875個(gè)，形成篩選芯片位點(diǎn)組合。進(jìn)一步采取更加嚴(yán)格過濾參數(shù)，篩選高質(zhì)量、高多態(tài)、均勻分布的位點(diǎn)組合，最終確定61,282個(gè)位點(diǎn)，形成Maize6H-60K芯片（圖1）。芯片包含60K位點(diǎn)均勻分布在玉米10條染色體上，35%的位點(diǎn)位于基因內(nèi)區(qū)域，其中21%位于編碼區(qū)（圖2）。
圖1、Maize6H-60K 芯片包含的位點(diǎn)篩選評(píng)估流程圖
圖2、Maize6H-60K包含的SNP位點(diǎn)在玉米基因組上的分布
利用329個(gè)代表自交系、221個(gè)國審雜交種、34套三聯(lián)體（父、母本及F1）以及育種群體材料對(duì)60K芯片進(jìn)行多維度評(píng)估。結(jié)果顯示80%的位點(diǎn)被評(píng)估為高質(zhì)量、高效率位點(diǎn)，超過85%的位點(diǎn)MAF值大于0.20；利用60K芯片對(duì)329份自交系的類群劃分結(jié)果與已發(fā)表種質(zhì)資源評(píng)估結(jié)果和已知系譜關(guān)系一致，并能進(jìn)一步細(xì)化國內(nèi)種質(zhì)材料的分群。221個(gè)雜交種之間的遺傳距離分析顯示SNP和SSR標(biāo)記結(jié)果具有極高的相關(guān)性，數(shù)據(jù)點(diǎn)集中分布，并成線性關(guān)系（圖3）。
圖3、玉米雜交種鑒定SNP和SSR指紋數(shù)據(jù)相關(guān)性分析
60K芯片在分子輔助育種中具有較高的應(yīng)用潛力。DH系和RIL群體后代與奠基者材料之間遺傳背景關(guān)系分析顯示，由群間自交系、群內(nèi)自交系構(gòu)建的群體材料多態(tài)位點(diǎn)比例分別為35%和25%，并且多態(tài)性位點(diǎn)相對(duì)均勻分布于基因組上（圖4）。
圖4、育種群體后代材料的遺傳背景分析
所研制的全基因組、高密度Maize6H-60K芯片是玉米分子遺傳研究的重要輔助工具，是集品種鑒定、品種確權(quán)、分子育種等多用途為一體的新型芯片。該芯片已授權(quán)生產(chǎn)10萬張，通過科企合作聯(lián)合體模式已在多家大型種企進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用，累計(jì)檢測玉米雜交種、自交系、種質(zhì)資源、DH系、育種群體等3萬多份樣品，通過大量材料的應(yīng)用進(jìn)一步驗(yàn)證了Maize6H-60K芯片具有高質(zhì)量、高鑒別力、高兼容性、高靈活性等特點(diǎn)。
田紅麗博士、楊揚(yáng)博士、易紅梅博士為論文第一作者，趙久然研究員和王鳳格研究員為通訊作者。相關(guān)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京學(xué)者計(jì)劃的支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15089
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