群體進化是通過對種內(nèi)不同生存條件下的不同亞群的代表性個體進行全基因組重測序，基于群體遺傳差異，分析導致不同亞群適應性進化的基因組層面的特異變化。亞群之間的遺傳差異變化也能反映出各自的動態(tài)變化及相互之間的影響。對于篩選到的受選擇壓力作用的基因組區(qū)域，通常是重要的功能區(qū)域，對于理解功能對環(huán)境的適應有重要指導意義。
| 產(chǎn)品類型 | 指 標 | 周 期 |
| 群體進化 | 代表性亞群數(shù)目≥3個 樣本總數(shù)≥30個 (100 個樣本內(nèi)、2T 以下數(shù)據(jù)量) 單個植物亞群≥10個單株 單個動物亞群≥8個個體 測序深度≥10X | 分析周期60天 (100 個樣本內(nèi)、2T 以下數(shù)據(jù)量) |
| 樣品類型 | 樣品需求量 | 樣品濃度 | 樣品質(zhì)量 | 樣品體積 |
| 無降解且無蛋白和RNA污染的雙鏈DNA樣品 | 小片段文庫≥200 ng | ≥ 5 ng/μl | 基因組完整性等級高于7 | ≥12 μl |
現(xiàn)有作物物種的種群在不同程度上受到自然進化力量和人為因素的影響。有效利用多樣化的遺傳種質(zhì)了解馴化和改良的遺傳基礎(chǔ)，可以幫助改善作物物種的遺傳資源。多年生水果作物，因為它們經(jīng)常被克隆繁殖，其進化率可能較低，而且壽命更長，但關(guān)于其遺傳特征的變化還沒有得到充分的研究。桃（Prunus Persica）是我國5000多年前在長江中下游地區(qū)馴化的一種重要的落葉果樹。目前在溫帶地區(qū)廣泛種植，特別是在中國、意大利和西班牙，然而，對其演化的研究相對較少。關(guān)于桃子在傳播過程中出現(xiàn)的遺傳變異和發(fā)揮了重要作用的候選基因尚不清楚。
1）重測序部分
418份材料，45個野生近緣種和373個桃屬材料，前者由兩種美洲杏、一種李子、一種蒙古扁桃和四川扁桃，和幾種光核桃。后者從中國、韓國、日本、意大利、加拿大和美國等國家世界不同的國家收集的經(jīng)證實的品種，包括31個小果野生桃品種、29個觀賞系、152個食用地方品種和161個改良品種。根據(jù)系統(tǒng)進化樹去除結(jié)構(gòu)復雜的品種后留下323個材料用于選擇性分析。野生近緣種、毛桃和觀賞桃在GWAS分析的時候被排除在外，以保證獲得比較好的性狀定位。
2）轉(zhuǎn)錄組部分
野生近緣種、觀賞桃、食用桃和改良桃各3個品種的根、韌皮部、成熟葉、成熟果實和種子用來做轉(zhuǎn)錄組測序篩選受選擇的組織特異性基因。
測序平臺&策略： 二代平臺 PE150，平均深度為7.33X
為了評估桃的遺傳變異，本研究對世界各地收集到的418例材料（45個野生近緣種和373個桃屬材料）進行了重測序（圖1a），平均深度為7.33X，覆蓋率為93.96%，共鑒定到4224349個單核苷酸多態(tài)性（SNP）。其中，不同群體的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)數(shù)量分析顯示改良品種多態(tài)性低于野生近緣種、野生桃和地方食用桃品種，而高于觀賞桃。此外，品系特異性SNP分析發(fā)現(xiàn)，野生近緣種特異性SNP數(shù)量最多。
根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育（圖1b）和種群結(jié)構(gòu)分析（圖1c），當K=2時，將所有野生系劃分為一個類群。這些結(jié)果支持了目前種植的馴化和改良桃子都起源于單一馴化事件這一假設(shè)。當K=3時馴化和改良桃被細分產(chǎn)生兩個主類。一大主類包括大部分地方品種，另一個主要包括改良品種。其中改良品種還可以進一步劃分為兩個亞群，第一分支亞群是由中、日、南韓三國人員從中國粘核桃（上海水蜜桃）培育而來的品種組成，另外分支的亞群是源自美國和歐洲。
50kb劃窗計算的多態(tài)性參數(shù)π值顯示野生群體、觀賞桃和地方種的π值分別2.10x10-3、1.14x10-3以及0.89-1.07x10-3。表明從野生種培育至地方品種的過程中損失了近一半的多態(tài)性，這一結(jié)果也與Fst結(jié)果呈現(xiàn)一致性。
圖1 群體多樣性分析
結(jié)合PCA和Strcture的分群情況，在桃馴化（野生近緣種vs改良種和地方種）和改良（改良桃vs地方種）過程中檢測潛在的選擇性信號。野生近緣種和改良種、地方種進行選擇信號分析共計篩選到132個候選區(qū)域，含1,212個馴化基因，主要集中在chr1、3、5。改良桃和地方種進行比較共篩選到108個候選區(qū)域，含869個改良基因，主要集中在1、2、3、5和6號染色體。結(jié)果表明改良過程的選擇作用低于馴化過程。
圖2 選擇性分析
隨后作者進一步研究了在馴化或改良過程中候選受選擇基因在組織中的特異性表達情況，分析表明，在馴化過程中，受選擇基因的上調(diào)主要發(fā)生在果實和種子中，而不是其他器官。然而，在改良階段，更多的在葉片和種子中發(fā)現(xiàn)上調(diào)表達的選擇基因，和重要農(nóng)藝性狀（果實重量、山梨醇含量、多酚類）調(diào)控候選基因的定位。
圖3 組織特異性基因表達分析
此次分析了幾個與控制重要的果實品質(zhì)性狀相關(guān)的QTL，并對其進化狀態(tài)進行了研究。篩選到桃馴化改良相關(guān)的QTL和候選基因。在本研究中開發(fā)的基因組資源使我們能夠大規(guī)模地對主要農(nóng)藝性狀進行表征以及進化研究用的基因組庫。為確定桃子進化的潛在機制和進一步提高桃的遺傳改良奠定了基礎(chǔ)。
Cao K , Li Y , Deng C H , et al. Comparative population genomics identified genomic regions and candidate genes associated with fruit domestication traits in peach[J]. Plant Biotechnology Journal, 2019.
