一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法及其应用，属于分子生物学、基因组学、种质资源学技术领域。本发明专利技术对烟草种质资源群体进行简化基因组测序，采用测序数据质量控制、SNP检测筛选、群体分层分析，并进一步通过IBS和K

【技术实现步骤摘要】
一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及分子生物学、基因组学和种质资源学
，具体涉及一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法及其应用。

技术介绍

[0002]烟草是重要的经济作物，通过多种生态环境条件的驯化、人工选择培育加上不断从国外引进烟草种质资源，使我国成为世界上烟草种质资源保存数目最多、遗传多样性较丰富的国家。尽管我国在品种资源的收集和利用等方面已取得一定成果，但在烟草种质资源鉴定和遗传多样性研究上仍相对薄弱，没有开展系统性、全面性的资源遗传多样性研究工作，这使得现有保存的烟草种质资源没有得到充分利用。
[0003]1984年，Frankel等提出构建核心种质(Core collection)的概念和方法，提出采用一定的方法选择整个种质资源的一部分，用最小的资源数量最大程度地代表其遗传多样性，为高效利用种质资源提供有效途径。核心种质资源具有异质性、多样性和代表性、实用性、动态性等特征。由于核心种质是从大量遗传资源中筛选出的具有代表性的、有研究或应用价值的种质，通过对其进行优先精准鉴定评价，能及时发现优良种质，从而尽早尽快的认识和利用所收集的种质资源中包含的优良基因或特异基因，提高种质资源的管理和利用效率。另外，核心种质的建立被证明是快捷有效地探索种质资源库中未开发的优异等位变异的理想途径。核心种质资源库有利于种质资源的保存、新材料的鉴别和种质改良效率的提高。目前已有15个国家建立了60多种作物核心种质库。
[0004]随着基因组学技术不断发展，基因组学相关技术已应用到烟草育种的各个方面。烟草种质资源研究前期主要利用二代分子标记(AFLP、SSR等)进行遗传多样性分析和指纹图谱构建工作，基因组学技术利用较少，不能很好满足烟草种质资源研究需求。因此，充分利用基因组学技术服务烟草种质资源研究和利用工作，不仅能为种质资源的有效收集和保护提供理论指导，也能为阐明作物起源和演化、全面评估种质资源结构多样性提供核心理论和技术，同时能够大幅提高基因发掘和种质创新效率。截止目前，尚未有基于基因组学构建烟草核心种质方法的相关报道。因此，开发一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法，通过借助基因组学先进的技术手段进行烟草核心种质构建工作，快速有效的对核心种质进行分子层面研究，通过优异等位变异位点的挖掘、群体遗传结构和背景的深入解析，达到烟草种质资源的高效利用和种质资源的科学管理成为本领域迫切需要解决的一个技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法，能够提高烟草核心种质构建效率，并很好的保留原始群体的遗传结构，提高种质资源的利用效率。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法，包括以下步骤：
[0008]1)提取原始群体烟草样本基因组DNA，进行DNA样品检测、建库、简化基因组测序，获得测序数据；
[0009]2)对步骤1)获得的测序数据进行质量控制、比对参考基因组，检测、筛选获得SNP位点；
[0010]3)对步骤2)获得的SNP位点进行群体分层、IBS和K-means分析，确定原始群体的子群；
[0011]4)对步骤3)获得的子群进行随机抽样、结合资源背景筛选，构建烟草核心种质。
[0012]优选的，所述DNA样品检测包括：琼脂糖凝胶电泳分析DNA的纯度和完整性，Qubit对DNA浓度进行精确定量。
[0013]优选的，所述基因组测序为：利用Illumina测序平台，进行Paired-End 150测序。
[0014]优选的，所述的质量控制包括原始数据过滤，所述原始数据过滤条件为：过滤掉含有接头序列的reads；当单端测序read中N的含量超过该条read长度比例的10％时，去除此对paired reads；当单端测序read中含有的低质量碱基数超过该条read长度比例的50％时，需要去除此对paired reads。
[0015]优选的，所用的参考基因组为2017年公开的K326基因组，基因组大小为5647214453bp，含N长度1609547026bp，群体样本平均比对率为47.51～99.92％，对基因组的平均测序深度为10.63X，1X覆盖度在1.19％以上。
[0016]优选的，所述的SNP位点检测为群体SNP的检测。
[0017]优选的，所述的SNP位点筛选的过滤条件为dp3、Miss0.4、Maf0.001。
[0018]优选的，所述的群体分层分析包括主成分分析、群体进化树分析。
[0019]优选的，所述的K-means为基于R语言的K-means分析。
[0020]优选的，所述子群随机抽样比例为12％
[0021]与现有技术相比，本专利技术的技术方案的有益效果如下：
[0022](1)本专利技术开创性的提出利用简化基因组测序的技术手段进行核心种质的工作，方法中涉及的测序数据质量控制、评价内容及参数，SNP过滤筛选软件、参数，群体分层分析软件及利用IBS、K-means分析等，具有很高的重复性和可操作性。
[0023](2)本专利技术首次提出利用IBS、K-means分析将原始群体按照遗传背景进行分组，然后在子群中抽取样本进行核心种质构建的思路，扩展了核心种质构建的方法。
[0024](3)本专利技术利用基因组学的方法构建的310份资源的烟草核心种质，能够以最小的资源份数最大限度的代表原始群体的遗传多样性，对烟草种质资源评价、利用和创新都有重要意义，并适用于其它作物核心种质资源的构建工作。
[0025](4)本专利技术是对传统核心种质构建方法的提升，能够通过高效快速构建核心种质来提升我国现有种质资源的利用效率，充分挖掘种质资源潜力，为农业可持续发展增添动力。
附图说明
[0026]图1为烟草群体SNP均匀分布图；
[0027]图2为烟草原始群体SNP突变频谱；
[0028]图3为筛选的烟草核心种质SNP突变频谱；
[0029]图4为烟草核心种质与原始群体PCA对照图；
[0030]图5为烟草核心种质进化树图。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供了一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法，包括以下步骤：
[0032]1)提取原始群体烟草样本基因组DNA，进行DNA样品检测、建库、简化基因组测序，获得测序数据；
[0033]2)对步骤1)获得的测序数据进行质量控制、比对参考基因组，检测、筛选获得SNP位点；
[0034]3)对步骤2)获得的SNP位点进行群体分层、IBS和K-means分析，确定原始群体的子群；
[0035]4)对步骤3)获得的子群进行随机抽样、结合资源背景筛选，构建烟草核心种质。
[0036]本专利技术选择烟草种质资源的原始群体，所述原始群体烟草种质资源样本的总数为255本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于基因组学构建烟草核心种质的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)提取原始群体烟草样本基因组DNA，进行DNA样品检测、建库、简化基因组测序，获得测序数据；2)对步骤1)获得的测序数据进行质量控制、比对参考基因组，检测、筛选获得SNP位点；3)对步骤2)获得的SNP位点进行群体分层、IBS和K-means分析，确定原始群体的子群；4)对步骤3)获得的子群进行随机抽样、结合资源背景筛选，构建烟草核心种质。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述DNA样品检测包括：琼脂糖凝胶电泳分析DNA的纯度和完整性，Qubit对DNA浓度进行精确定量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述基因组测序为：利用Illumina测序平台，进行Paired-End 150测序。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的质量控制包括原始数据过滤，所述原始数据过滤条件为：过滤掉含有接头序列的reads；当单端测序read中N的含量超过该条read长度比例的10％时，去除此对paire...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国祥，李洋洋，冯全福，张兴伟，杨佳蒴，李尊强，佟英，周志成，胡日生，杨爱国，戴培刚，向世鹏，李媛，
申请(专利权)人：中国烟草中南农业试验站，
类型：发明
国别省市：