基于全基因组重测序解析中国甜柿遗传多样性

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柿属(Diospyros Linn.)是柿科植物分布范围最广、类型最丰富、经济效益最高的属。我国是柿属植物的原产地和分布中心,拥有特异的中国甜柿种质和丰富的种质资源。在柿属植物中,柿(Diospyros kaki Thunb.)是被广泛栽培的代表种质,分为五种类型,包括中国甜柿、日本甜柿、不完全甜柿、不完全涩柿、完全涩柿,完全甜柿(简称“甜柿”,包括中国甜柿和日本甜柿两类)是主栽类型也是未来的育种方向。我国传统产区主要以完全涩柿为主,而中国甜柿仅规模性分布在安徽、河南、湖北三省交界的大别山地域,目前关于中国甜柿起源及其与其他种质的亲缘关系仅局限在分子标记层面,在基因组层次鲜有报道。本研究首次利用全基因组重测序的分析方法对中国甜柿、中国原产完全涩柿和日本原产柿种质的系统发育关系以及基因组特异区域进行研究,以期为栽培柿种质的遗传多样性和中国甜柿起源演化研究提供科学依据。主要研究结果如下:1.对36份大别山区柿种质进行全基因组重测序,获得1.68Tb原始数据,测序数据Q20>94.56%,GC含量在36.32~37.49%之间。将36份大别山区柿种质重测序数据和50份在本研究之前已被完成的中国其它原产柿种质、日本原产柿种质及柿属近缘种的重测序数据共同分析,所有样本平均测序深度为11.77×(2.28-37.45×),所有样本各自比对到参考基因组后平均的基因组覆盖度78.23%,通过序列比对和变异检测,获得268,812,711个SNP位点、14,210,910个In Del位点、351,794个SV位点、72,443个CNV位点。2.STRUCTURE分析、系统发育树、主成分分析将所有样品分为四类,即中国甜柿、中国原产完全涩柿、日本原产柿种质、柿属近缘种。中国原产完全涩柿与中国甜柿和日本原产柿种质中的非完全甜柿类型亲缘关系密切,来自大别山区的中国甜柿背景单一,而其余地区中国甜柿背景混杂,存在涩柿种质的基因渗入。‘雄株1号’和‘雄株8号’与‘四方甜柿’亲缘关系密切,表明其具有大别山区甜柿种质的遗传背景。3.通过群体遗传学分析发现在所采集样本中,中国原产完全涩柿组别呈现较高的遗传多样性,遗传背景复杂,中国甜柿组别遗传多样性次之,而日本原产柿种质的遗传多样性最低,遗传背景相对单一反应了驯化明显降低了栽培群体的遗传多样性。4.鉴定了中国甜柿与中国原产完全涩柿间、中国甜柿与日本原产柿种质间、中国原产完全涩柿和日本原产柿种质间的特异基因区域,并对区域内的候选基因进行功能富集分析。发现在中国甜柿与中国原产完全涩柿间的受选择基因在类黄酮生物合成、单萜生物合成、二萜生物合成、咖啡因代谢、碳代谢通路上显著富集。
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