一、前沿概述
Pan-Genome of Wild and Cultivated Soybeans
DOI:10.1016/j.cell.2020.05.023
2020年田志喜老師和梁承志老師強強聯(lián)合發(fā)表大豆泛基因組，這篇文章具有里程碑意義，預(yù)示著作物泛基因組時代到來。今年水稻泛基因組同樣的策略發(fā)在cell。
大豆泛基因組的研究：
- 大豆基因組：2010年，Schmutz等發(fā)表了栽培大豆第一個reference genome Williams 82（Wm82）。2018年，田志喜老師等對我國栽培面積最廣的大豆品種“中黃13”（Zhonghuang 13，ZH13）進行從頭組裝測序，并于2019年對ZH13基因組再次優(yōu)化。2019年，Xie等發(fā)表了野生大豆W05基因組。對這三個基因組進行比較分析發(fā)現(xiàn)，在不同品種的基因組間存在大量的PAVs和CNVs。
- 2014年，邱麗娟老師等利用二代測序構(gòu)建了7個野生大豆的泛基因組。
- 2020年，26份大豆泛基因組發(fā)表（本研究）。
- 2021年，加拿大拉瓦爾大學(xué)在Plant Biotechnology Journal上發(fā)表了題為The Pan-genome of the Cultivated Soybean (PanSoy) Reveals an Extraordinarily Conserved Gene Content 的研究成果，描述了一個栽培大豆（Glycine max）的泛基因組—PanSoy；發(fā)現(xiàn)了核心基因組中高度保守的基因含量，為大豆基因組學(xué)研究和育種奠定了基礎(chǔ)。
本研究示意圖：
本研究主要結(jié)果：
- 對來自世界大豆主產(chǎn)國的2898個大豆種質(zhì)材料進行了深度重測序和群體結(jié)構(gòu)分析，精心挑選出26個最具代表性的大豆種質(zhì)材料，包括3個野生大豆，9個農(nóng)家種和14個現(xiàn)代栽培品種。
- 采用最新組裝策略，對26個大豆種質(zhì)材料進行了高質(zhì)量的基因組從頭組裝和精確注釋，contig N50平均長度達22.6 Mb, scaffold N50 平均長度達 51.2 Mb。
- 在此基礎(chǔ)上，結(jié)合已經(jīng)發(fā)表的中黃13、Williams 82 和 W05 基因組，開展了系統(tǒng)的基因組比較，構(gòu)建了高質(zhì)量的基于圖形結(jié)構(gòu)泛基因組，挖掘到大量利用傳統(tǒng)基因組不能鑒定到的大片段結(jié)構(gòu)變異。
- 經(jīng)深入分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)變異在重要農(nóng)藝性狀調(diào)控中發(fā)揮重要作用：例如，HPS基因的結(jié)構(gòu)變異調(diào)控大豆種皮亮度變化；野生與栽培大豆CHS基因簇的結(jié)構(gòu)變異是導(dǎo)致種皮顏色由黑色向黃色馴化的主要原因；SoyZH13_14G179600基因結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致了其在不同種質(zhì)材料中基因表達的差異，可能與調(diào)控大豆缺鐵失綠癥有關(guān)。
- 此外，研究還鑒定到15個結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致了不同基因間的融合，這為新基因的產(chǎn)生研究提供了重要線索。
此高質(zhì)量圖形結(jié)構(gòu)泛基因組的構(gòu)建不僅本身具有重要的理論意義和應(yīng)用價值，同時為過去已經(jīng)開展的大量重測序數(shù)據(jù)提供了一個全新的分析平臺，將使得這些數(shù)據(jù)獲得“第二次生命”。
黃三文老師對此研究的評述文章：
360度群體遺傳變異掃描——大豆泛基因組研究
二、主要結(jié)果
重測序、組裝與注釋
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2898份大豆重測序，SNP檢測，群體分析
image.png 26份材料PacBio+光學(xué)圖譜+HiC+Illumina從頭組裝。平均Contig N50: 22.6Mb，Genome: 1011.6Mb。
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注釋重復(fù)序列占到54.4%，其中LTR比例最大。每個基因組平均鑒定到56,552個蛋白編碼基因，BUSCO：95.6% 。
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29份和2898份材料變異圖譜
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denovo與重測序的相關(guān)性
Correlation of SNP density, p, dN, and dS from 29 de novo assembled genomes and 2,898 resequenced accessions
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泛基因組
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核心與非核心基因
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注釋與多樣性
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SV特征
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具體特征統(tǒng)計
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功能
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PAV的GWAS：種子光澤示例
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PAV與古多倍化，WGD事件
WGD與非WGD區(qū)域的基因和SV特征比較。
基因SV與基因融合
SV與大豆馴化
大豆中I Locus的演化。
The classically defined I locus is an important domestication locus responsible for the changes in seed coat color from black to colorless
CHS基因：reduced chalcone synthase(CHS) gene
野生大豆和栽培大豆在7號染色體的一個倒位可能與馴化相關(guān)。
SV影響基因表達及其與性狀關(guān)聯(lián)
不同材料中鐵效率QTL候選基因的SV
文章的信息量很大，這里只是囫圇吞棗放了幾張圖。開創(chuàng)性的研究才是佳作，我輩只能模仿。
