【转】薏苡基因组的三代组装和重测序

转自公众号Mol Plant植物科学，学习三代组装策略

PacBio+BioNano+Hi-C+遗传图谱

薏苡，又称薏米或薏苡仁，起源于亚洲，是远古乃至中国夏商时代最重要的作物之一。据文献记载及考古学发现互相印证，薏苡在中国有~7000年的栽培和驯化历史[1]。薏苡除了作为我国原产的传统药、食两用经济作物之外，还兼具很高的饲用和观赏价值[2-4]。然而目前为止，关于其农艺性状的遗传基础、系统进化和驯化的基因组位点都知之甚少。为了解决上述问题，中国农业大学金危危教授和赖锦盛教授团队对一个栽培薏苡品种-北京薏苡进行了全基因组测序和组装（图1），并对在国内外不同地区收集的其它27份野生和栽培薏苡材料进行了平均12.7×的重测序。

图1.北京薏苡的植株形态（A、B），籽粒表型（C），核型分析（D）以及Hi-C组装结果（E）。

通过使用HERA算法对PacBio三代数据和BioNano光学图谱数据进行混合组装，并利用Hi-C染色体构象捕获技术对Scaffolds进行排序（如图），最后用GBS测序F2群体构建的高密度遗传图谱进行校正，该团队得到了一个高质量的、大小为~1.73Gb的北京薏苡参考基因组（Contig N50 = 3.19 Mb, Scaffold N50 = 13.98 Mb），并从中注释得到了44,485个蛋白编码基因。

系统进化分析显示，薏苡与高粱亲缘关系最近，两者在大约1,040万年前彼此分化，这个时间比高粱和玉米的分化时间晚_{149万年[5]。比较基因组学分析显示，尽管薏苡基因组大小是高粱（}730 Mb）的~2.3倍，但是它和高粱基因组之间仍在整体上保留了1对1的共线性关系，其基因组的扩张主要来源于转座子的扩增，说明栽培薏苡是一个典型的二倍体。

通过对收集的不同地域来源的其它27份薏苡种质进行重测序分析，该团队还发现，这28份材料（包括北京薏苡）能够被很明确的划分为两个亚群：野生群和栽培群（图2）。虽然薏苡有很多性状还未被驯化，但可以发现其在以往被人类驯化的历史进程中经历了很强的遗传瓶颈，导致约一半的遗传多样性丢失。进一步分析显示，这些薏苡材料的类群划分与薏苡壳的厚薄显著相关，暗示这一表型在驯化过程中受到选择从而直接影响薏苡生产和加工的难易程度。除此之外，该团队还在重测序群体中鉴定到了多个受选择区间，为后续的薏苡遗传学和分子生物学研究提供了良好的分子基础。

图2. 重测序材料的部分籽粒表型（A），系统进化树（B）和遗传结构（C）。

本研究不仅在比较和进化基因组学上为高粱族的研究提供了新的见解和思路，还能够为该重要作物的分子育种及遗传改良提供非常有利的资源。

参考：
Evolution and domestication footprints uncovered from the genomes of coix

https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30373-9