農業代謝服務
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農業代謝服務 - 廣泛靶向代謝組+重測序

產品簡介

利用自然群體、人工群體作為研究材料,基于重測序的信息,結合代謝組結果,進行代謝組的全基因組關聯分析(metabolome Genome-Wide Association Study, mGWAS),批量、精準定位候選基因,挖掘代謝生理、表型相關的功能基因,闡釋相關pathway分子、生化機理。

傳統表型+重測序(GWAS) 廣泛靶向代謝組+重測序(mGWAS)
通過全基因組大樣本重測序對動植物重要種質資源進行全基因組的基因型鑒定,并與關注的表型數據進行全基因組關聯分析(GWAS),進而找到與關注表型相關的SNP位點,遺傳效應相對較小,位點效應不高。 mGWAS利用代謝物作為數量性狀與基因組變異位點進行關聯分析,在分析過程中,通常檢測到的代謝物數量多(>400種代謝物)、差異大(10-10000倍)、遺傳效應高(解釋超過40%變異),得到的結果因此優于傳統表型性狀GWAS。
  • 應用領域
  • 基于重測序數據的自然群體mGWAS研究
  • 基于重測序數據的人工群體mQTL研究
  • 技術特點
  • 批量定位相關候選基因(數百)
  • 定位的位點遺傳效應高
  • 精準定位(部分定位到單基因)
  • 重構代謝pathway
  • 闡釋生長發育、生理、病理機理
  • 建立物種代謝組數據庫
  • 技術路線

代謝組樣品要求

1.樣品類型
a.細胞,取樣后離心,去除培養基,立即放人液氮中,之后-80°保存;
b.葉片、莖、花等,取下后立即放人液氮中,之后-80°保存;
c.果實的果肉、果皮等,如果野外現場不具備分離條件,需盡快(30 min內)轉移至室內,分離樣品放入液氮中,之后-80°保存。

2.混合取樣
每份樣品混合來自至少3株以上的組織。以水稻葉片為例:取同一時期,表型基本一致的同一個部位的1片葉片,同時取6株,放到10ml離心管中,并迅速放入液氮中。

3.樣品重量和重復
每份樣品取樣鮮重3-5g(干重不低于1g)。
準備2-6份生物學重復,代謝組通常做3個以上重復,剩余備份。

4.儲存和運輸
離心管,蓋好蓋子,管壁上鉆直徑1-2mm孔若干個,以便于冷凍干燥。
干冰運輸,不能反復凍融

重測序樣品要求

1.組織樣品要求
取樣同代謝組

2.DNA樣品要求
a.樣品類型:無降解,無污染的DNA樣品;
b.樣品需求量:≥2μg;
c.樣品濃度:≥30 ng/μl;
d.樣品純度:OD260/280=1.8-2.0。

[案例一] 廣泛靶向代謝組+重測序進行水稻自然群體mGWAS研究[1]

本研究對529份水稻品種進行廣泛靶向代謝組檢測,獲得了840個代謝物的代謝譜,這些代謝物的群體分層分析能夠將529份水稻分為indica和japonica 兩個亞群。基于529份水稻品種的全基因組重測序獲得的640萬個SNP位點的標記信息,利用代謝組數據與SNP位點進行mGWAS分析,鑒定出2947個與634個基因相關的主效SNP位點,并篩選出36個影響水稻生長發育、逆境生理及營養品質形成過程重要代謝物合成調控的候選基因,通過遺傳轉化及生化分析,鑒定了其中5個基因的功能,并進一步重構了水稻逆境抗性及營養成分相關的重要代謝途徑。該研究成功表明基于關聯分析的植物代謝組遺傳和生化基礎研究可以作為作物遺傳改良的有力工具。

圖1 mGWAS利用代謝物作為數量性狀與基因組變異位點進行關聯分析,獲得超過閾值的位點多,信號強
 
表1 Disb 值反應出定位的位點據候選基因接近(0-100kb)
 

[案例二] 廣泛靶向代謝組+基因型數據進行玉米籽粒代謝多樣性研究[2]

本研究結合代謝組學、轉錄組學和遺傳學,基于檢測分析玉米籽粒中983個代謝性狀,利用全基因組關聯分析方法對702份玉米材料進行了代謝組研究,揭示了玉米籽粒代謝多樣性的分子遺傳機制。利用玉米自然群體的代謝全基因組關聯分析結果,并進一步結合芯片表達譜與連鎖群體mQTLs的定位結果,發現GWAS定位位點中,58.5%的位點可以通過eQTLs予以證實,14.7%的位點通過連鎖遺傳定位予以證實。此外,通過分析代謝物與農藝性狀的相關性,研究人員鑒定到了與玉米籽粒重量顯著關聯的代謝物質,從而為玉米遺傳改良和分子育種提供了潛在生物標記。

圖1 玉米籽粒中類黃酮合成途徑解析

參考文獻

  • Chen W, Gao Y, Xie W. et al. Genome-wide association analyses provide genetic and biochemical insights into natural variation in rice metabolism. Nature Genet, 2014, 46,714-721.
  • Wen W, Li D, Li X.et al. Metabolome-based genome-wide association study of maize kernel leads to novel biochemical insights. Nat Commun, 2014, 5, 3438-3447.
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