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代谢组+重测序

mGWAS(metabolome Genome-Wide Association Study):代谢物的种类和数量在不同品种与组织中存在很大差异。利用二代测序技术获得群体材料的基因型数据(Genotype),结合代谢组数据(Metabolome),开展代谢物的全基因组关联分析,批量精确定位控制代谢表型(品质、功能营养分子等)相关候选基因,挖掘调控营养和品质等相关代谢通路机理,将有助于我们深入了解代谢遗传机制,加快培育优质新品种。
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  1.产品简介:

  mGWAS(metabolome Genome-Wide Association Study):代谢物的种类和数量在不同品种与组织中存在很大差异。利用二代测序技术获得群体材料的基因型数据(Genotype),结合代谢组数据(Metabolome),开展代谢物的全基因组关联分析,批量精确定位控制代谢表型(品质、功能营养分子等)相关候选基因,挖掘调控营养和品质等相关代谢通路机理,将有助于我们深入了解代谢遗传机制,加快培育优质新品种。

  2.应用领域:

   代谢物多样性与积累模式研究

   代谢物功能基因定位

   代谢遗传机制研究

   构建植物代谢途径

  ◆ mGWAS整合GWAS研究

  3.技术路线:

 

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  4.样本要求:

  1.群体大小:建议选取300份以上材料,选取自然群体材料和人工群体材料(如RIL)

  2.样本重量:每个样本鲜样重量建议≥3g,最低量为1g;

  3.生物学重复:每个品种2个生物学重复;

 

  5.分析内容:

 

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  6.文章案例:

  《Cell》案例:Rewiring of the Fruit Metabolome in TomatoBreeding

  7.研究背景:

  品尝着今天的番茄,人们很难想象它的祖先是什么口味,番茄在人类千百年的驯化和育种过程中,重量和味道都发生了剧烈的变化,它的祖先是一种果重只有1-2g,酸涩味浓郁的野果子。番茄在长期的驯化和育种过程中,果实的营养和风味物质发生了怎样的变化,国内学者利用多重组学(代谢组+基因组+转录组)的大数据回答了这一问题,并发现了调控这些物质的重要遗传位点,为今天番茄风味和营养的改良奠定了基础

  8.研究内容:

  为了了解红色番茄种群中代谢组的自然变化,选择442份材料进行代谢定性定量,包括PIM(31份s. pimpinellifolium),CER(124份s. lycopersicum var. cerasiforme)和BIG(287份果实大的s. lycopersicum)三大类。

  作者用广泛靶向代谢组分析方法(迈维代谢专利技术)来检测果实代谢物。在成熟果实的果皮组织中,共发现了980个不同的代谢物,包括362个已注释的代谢物。为了揭示果实代谢性状的遗传控制,文章在442份材料中选取2678533个SNPs做mGWAS分析。研究发现,番茄的味道是重要的驯化性状,野生番茄果实苦涩难吃,是因为有较高含量的番茄碱,番茄碱是一种有毒的抗营养物质,取实过量,能引起人们呕吐和腹泻的感觉。

  研究发现栽培番茄之所以好吃了,就是因为驯化中负选择了番茄碱。通过基因组分析发现控制此性状的5个主要的遗传位点落在驯化区域,受到了强烈的选择。其中位于10号染色体上有一个新的基因簇,包括1个P450氧化还原酶基因、一个酰基转移酶基因和8个糖基转移酶基因。本研究从代谢组首次全面解析番茄驯化过程中代谢物的遗传机理。

 

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代谢组+重测序+转录组联合解析番茄物质遗传变异机制

 

  《Science》案例:A chemical genetic roadmap to improved tomato flavor

  研究背景:

  番茄风味不像产量、抗病性、外形、色泽等易于量化的育种性状,这一特性能“感觉到”,但“看不见、摸不着”,这就决定了研究的难度。由于在现代育种过程过于注重产量、外观等商品品质,导致了控制风味品质的部分基因位点丢失,造成风味物质含量在现代番茄品种中显著降低,最终使得番茄口感下降。本研究利用mGWAS(代谢组的全基因组关联分析)系统性的解决这一科学难题,为培育美味番茄提供给了切实可行的路线图

  研究内容:

  为了鉴定参与调控合成番茄果实中风味物质的基因,研究团队选取了现代番茄品种、传统番茄品种、野生型品种(S.lycopersicum var. cerasiforme)和近亲品种醋栗番茄(S. pimpinellifolium)开展GWAS研究。398份种植在Florida的番茄品种开展全基因组测序,共获得2014488个SNPs(MAF>5%,missing rate<10%)

  通过质谱检测398份番茄成熟果实中风味相关物质,并测定这些番茄品种成熟果实的代谢物质含量,包括:27种挥发性物质、总可溶物、葡萄糖、果糖、柠檬酸和苹果酸,共计32种物质

  利用SNPs数据和对应品种材料的代谢物数据开展mGWAS(代谢组的全基因组关联分析),最后鉴定到251个关联位点(P<1.24x10-7),对应到20个代谢物性状,获得了控制风味的约50个基因位点,从而首次阐明了番茄风味的遗传基础。其中2个控制含糖量的基因位点,Lin5和SSC11.1(图3),5个控制酸度的基因位点,发现了一些挥发性物质能够提高果实的甜感,另一些可以赋予果实的气味。本研究为绘制番茄培育新品种提供了新的思路。

 

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番茄含糖量基因定位结果(上图为mGWAS,下图为mQTL)

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