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基于SLAF-seq技术的白皮松SNP分子标记开发

田倩 刘双委 钮世辉 李伟

田倩, 刘双委, 钮世辉, 李伟. 基于SLAF-seq技术的白皮松SNP分子标记开发[J]. 北京林业大学学报, 2021, 43(8): 1-8. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200211
引用本文: 田倩, 刘双委, 钮世辉, 李伟. 基于SLAF-seq技术的白皮松SNP分子标记开发[J]. 北京林业大学学报, 2021, 43(8): 1-8. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200211
Tian Qian, Liu Shuangwei, Niu Shihui, Li Wei. Development of SNP molecular markers of Pinus bungeana based on SLAF-seq technology[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2021, 43(8): 1-8. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200211
Citation: Tian Qian, Liu Shuangwei, Niu Shihui, Li Wei. Development of SNP molecular markers of Pinus bungeana based on SLAF-seq technology[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2021, 43(8): 1-8. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200211

基于SLAF-seq技术的白皮松SNP分子标记开发

doi: 10.12171/j.1000-1522.20200211
基金项目: 国家自然科学基金项目(31770713、31860221)
详细信息
    作者简介:

    田倩。主要研究方向:针叶树种质资源评价。Email:tq_ian@163.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学生物科学与技术学院

    责任作者:

    李伟,教授,博士生导师。主要研究方向:针叶树遗传改良。Email:bjfuliwei@bjfu.edu.cn 地址:同上

  • 中图分类号: S791.243

Development of SNP molecular markers of Pinus bungeana based on SLAF-seq technology

  • 摘要:   目的  在白皮松全基因组范围内开发大量特异性SNP分子标记,为白皮松关键基因定位、分子标记辅助选择和种质资源评价提供足够多的分子标记资源。  方法  本研究以5个群体的共52份白皮松资源为材料,选择火炬松基因组为参考基因组,利用特异性位点扩增片段测序技术(SLAF-seq),在多态性SLAF标签上开发大量特异性SNP位点,并过滤出一批高质量SNP位点用于白皮松不同群体的遗传多样性分析。  结果  通过序列对比分析,共获得23 597 049个SLAF标签,其中具多态性的SLAF标签有370 659个,共开发得到1 291 290个白皮松群体SNP。在缺失率小于20%、次要等位基因频率(MAF)大于5%的条件下,对所有SNP位点进行过滤,共得到346 840个高一致性的白皮松群体SNP,占SNP总量的26.9%,其中包含9个仅在北京鹫峰(JF)群体中存在变异的SNP位点、148个仅在陕西蓝田(LT)群体中存在变异的SNP位点、425个仅在甘肃麦积山(MJS)群体中存在变异的SNP位点、1 466个仅在陕西午子山(WZS)群体中存在变异的SNP位点、4个仅在山西柏洼山(BWS)群体中存在变异的SNP位点。基于过滤后的346 840个SNP分子标记在5个白皮松群体中进行的遗传多样性分析表明,白皮松不同群体间的遗传多样性存在显著差异,其中MJS和WZS群体的遗传多样性水平相对较高,JF群体的遗传多样性水平相对较低。  结论  研究结果表明,利用SLAF-seq技术可以实现全基因组范围内大量SNP标记位点的开发,且开发的SNP标记在白皮松不同群体中表现出较为丰富的遗传多态性,为白皮松种质资源鉴定、QTL定位、遗传连锁图谱构建以及重要性状的关联分析等研究奠定了基础,对今后白皮松种质资源保护和分子标记辅助选择育种具有重要意义。

     

  • 表  1  白皮松采样信息

    Table  1.   Sampling information of P. bungeana

    群体 Population采样时间 Sampling date纬度 Latitude经度 Longitude样本量/株 Sample size/tree
    北京鹫峰 Jiufeng, Beijing (JF) 2019−08−02 40°03′N 116°05′E 10
    甘肃麦积山 Maiji Mountain, Gansu (MJS) 2019−07−26 34°21′N 106°01′E 10
    陕西蓝田 Lantian, Shaanxi (LT) 2019−07−27 34°04′N 109°22′E 12
    陕西午子山 Wuzi Mountain, Shaanxi (WZS) 2019−07−27 32°57′N 107°51′E 10
    山西柏洼山 Baiwa Mountain, Shanxi (BWS) 2019−08−02 37°20′N 111°15′E 10
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    表  2  根据酶切方案设计预测信息

    Table  2.   Information prediction according to the enzyme digestion method


    Enzyme
    插入片段大小
    Insert fragment size/bp
    SLAF个数
    SLAF number
    EcoRV-HF®+ScaI-HF®364 ~ 444548 883
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    表  3  日本晴(水稻)测序数据比对

    Table  3.   Alignment of sequencing data with its Nipponbare (rice) genome sequences data %

    样品
    Sample
    双端比对
    Paired-end mapped read
    单端比对
    Single-end mapped read
    未比对成功
    Unmap read
    正常酶切
    Digestion normally
    部分酶切
    Digestion partly
    日本晴(水稻) Nipponbare (rice)96.851.012.1499.710.29
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    表  4  白皮松及对照测序结果

    Table  4.   Sequencing result of P. bungeana and CK

    样品
    Sample
    读长总量
    Total read
    GC比例
    GC percentage/%
    Q30比例
    Q30 percentage/%
    样品
    Sample
    读长总量
    Total read
    GC比例
    GC percentage/%
    Q30比例
    Q30 percentage/%
    JF1 18 169 692 37.50 97.48 LT8 10 890 508 36.91 97.06
    JF2 11 483 294 38.17 97.06 LT9 12 342 229 36.56 97.36
    JF3 10 817 479 37.06 97.28 LT10 11 727 759 36.72 96.31
    JF4 7 531 093 36.46 97.08 LT11 25 312 383 36.75 97.11
    JF5 16 766 078 36.68 96.72 LT12 14 364 251 37.80 97.16
    JF6 10 618 794 36.82 97.46 WZS1 15 045 183 38.09 97.36
    JF7 10 844 317 37.47 97.11 WZS2 21 967 249 36.62 97.55
    JF8 7 557 272 37.38 97.02 WZS3 10 251 862 37.42 97.49
    JF9 8 959 054 37.03 97.08 WZS4 14 992 758 36.84 96.54
    JF10 20 378 251 37.22 97.42 WZS5 14 308 188 37.04 97.52
    MJS1 23 997 418 37.31 97.26 WZS6 23 551 136 37.64 97.36
    MJS2 20 918 324 37.08 97.11 WZS7 22 961 526 37.43 97.37
    MJS3 10 709 102 36.50 97.03 WZS8 25 884 704 36.50 97.31
    MJS4 8 441 037 36.69 97.17 WZS9 34 120 514 36.75 97.19
    MJS5 13 884 108 37.68 96.57 WZS10 25 428 887 36.42 97.56
    MJS6 13 501 447 37.59 97.12 BWS1 20 613 123 36.71 97.15
    MJS7 9 469 012 37.01 97.30 BWS2 16 037 998 37.30 97.01
    MJS8 25 142 190 37.59 97.10 BWS3 12 012 761 37.30 97.20
    MJS9 9 612 216 36.80 97.36 BWS4 12 093 300 36.34 97.22
    MJS10 10 072 686 37.90 96.34 BWS5 17 088 525 36.50 97.16
    LT1 18 527 248 36.83 97.45 BWS6 14 472 992 36.36 97.29
    LT2 16 798 086 37.77 97.32 BWS7 14 659 269 38.13 96.51
    LT3 19 067 179 37.48 97.23 BWS8 13 385 765 36.98 97.49
    LT4 16 571 852 36.51 96.40 BWS9 13 072 727 36.30 95.64
    LT5 15 728 968 36.75 96.82 BWS10 26 340 327 36.64 96.90
    LT6 13 599 699 37.11 97.25 对照 CK 727 382 39.58 97.05
    LT7 12 014 375 36.28 97.06
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    表  5  白皮松SLAF标签统计结果

    Table  5.   SLAF tag statistics of P. bungeana

    样品
    Sample
    SLAF标签数
    SLAF tag number
    测序总深度
    Total depth
    平均测序深度
    Average depth
    样品
    Sample
    SLAF标签数
    SLAF tag number
    测序总深度
    Total depth
    平均测序深度
    Average depth
    JF1 456 954 17 469 220 38.23 LT7 395 953 11 563 301 29.20
    JF2 435 882 10 877 149 24.95 LT8 417 547 10 493 716 25.13
    JF3 422 158 10 413 679 24.67 LT9 422 348 11 923 530 28.23
    JF4 373 007 7 227 101 19.38 LT10 450 231 10 865 851 24.13
    JF5 484 128 16 057 871 33.17 LT11 519 207 24 234 218 46.68
    JF6 401 254 10 272 686 25.60 LT12 475 832 13 537 873 28.45
    JF7 443 467 10 342 803 23.32 WZS1 463 660 14 318 655 30.88
    JF8 374 639 7 235 859 19.31 WZS2 413 921 21 248 011 51.33
    JF9 413 591 8 601 050 20.80 WZS3 435 004 9 789 261 22.50
    JF10 513 924 19 603 407 38.14 WZS4 452 991 14 111 138 31.15
    MJS1 525 635 22 971 480 43.70 WZS5 447 683 13 786 084 30.79
    MJS2 495 753 20 002 066 40.35 WZS6 504 213 22 473 375 44.57
    MJS3 408 446 10 280 092 25.17 WZS7 489 900 22 019 310 44.95
    MJS4 381 149 8 148 652 21.38 WZS8 486 566 24 907 346 51.19
    MJS5 474 720 12 992 025 27.37 WZS9 565 248 32 834 333 58.09
    MJS6 428 858 12 916 227 30.12 WZS10 495 179 24 590 653 49.66
    MJS7 416 034 9 089 629 21.85 BWS1 516 186 19 639 503 38.05
    MJS8 505 751 24 035 972 47.53 BWS2 465 145 15 223 628 32.73
    MJS9 398 897 9 243 004 23.17 BWS3 440 813 11 488 846 26.06
    MJS10 381 077 9 125 663 23.95 BWS4 415 724 11 633 934 27.98
    LT1 452 488 17 946 710 39.66 BWS5 456 898 16 334 634 35.75
    LT2 488 463 15 975 819 32.71 BWS6 435 510 13 942 175 32.01
    LT3 478 277 18 186 408 38.02 BWS7 488 041 13 700 570 28.07
    LT4 469 442 15 472 872 32.96 BWS8 432 608 12 887 861 29.79
    LT5 465 065 14 913 189 32.07 BWS9 399 819 12 098 787 30.26
    LT6 485 574 12 936 271 26.64 BWS10 536 189 24 881 532 46.40
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    表  6  白皮松SNP信息统计结果

    Table  6.   SNP information statistics of P. bungeana

    样品
    Sample
    SNP总数
    Total SNP number
    SNP数量
    SNP number
    完整度
    Integrity ratio/%
    杂合率
    Hetloci ratio/%
    样品
    Sample
    SNP总数
    Total SNP number
    SNP数量
    SNP number
    完整度
    Integrity ratio/%
    杂合率
    Hetloci ratio/%
    JF1 1 291 290 864 808 66.97 10.66 LT7 1 291 290 734 865 56.90 13.44
    JF2 1 291 290 840 031 65.05 11.10 LT8 1 291 290 769 485 59.59 12.96
    JF3 1 291 290 803 778 62.24 11.68 LT9 1 291 290 782 079 60.56 13.00
    JF4 1 291 290 713 671 55.26 10.59 LT10 1 291 290 812 178 62.89 14.42
    JF5 1 291 290 807 767 62.55 10.76 LT11 1 291 290 873 028 67.60 9.38
    JF6 1 291 290 771 765 59.76 12.02 LT12 1 291 290 894 681 69.28 15.05
    JF7 1 291 290 852 174 65.99 13.59 WZS1 1 291 290 896 718 69.44 15.67
    JF8 1 291 290 721 832 55.90 8.13 WZS2 1 291 290 734 980 56.91 14.51
    JF9 1 291 290 755 061 58.47 11.60 WZS3 1 291 290 831 217 64.37 15.48
    JF10 1 291 290 889 397 68.87 15.07 WZS4 1 291 290 821 111 63.58 15.26
    MJS1 1 291 290 973 925 75.42 16.84 WZS5 1 291 290 848 835 65.73 14.87
    MJS2 1 291 290 909 321 70.41 15.67 WZS6 1 291 290 949 826 73.55 15.99
    MJS3 1 291 290 765 537 59.28 16.77 WZS7 1 291 290 920 813 71.30 16.30
    MJS4 1 291 290 725 127 56.15 12.26 WZS8 1 291 290 870 884 67.44 15.76
    MJS5 1 291 290 913 462 70.74 15.15 WZS9 1 291 290 923 056 71.48 18.27
    MJS6 1 291 290 832 349 64.45 12.83 WZS10 1 291 290 879 855 68.13 17.84
    MJS7 1 291 290 784 131 60.72 15.15 BWS1 1 291 290 867 372 67.17 14.23
    MJS8 1 291 290 937 215 72.57 16.85 BWS2 1 291 290 836 814 64.80 13.33
    MJS9 1 291 290 746 976 57.84 13.71 BWS3 1 291 290 822 040 63.66 13.51
    MJS10 1 291 290 258 199 19.99 23.28 BWS4 1 291 290 775 604 60.06 12.27
    LT1 1 291 290 823 238 63.75 14.76 BWS5 1 291 290 832 231 64.44 13.69
    LT2 1 291 290 897 935 69.53 15.45 BWS6 1 291 290 812 344 62.90 12.32
    LT3 1 291 290 894 481 69.27 14.91 BWS7 1 291 290 938 873 72.70 14.49
    LT4 1 291 290 831 715 64.40 15.15 BWS8 1 291 290 806 717 62.47 12.84
    LT5 1 291 290 832 283 64.45 15.23 BWS9 1 291 290 741 471 57.42 12.85
    LT6 1 291 290 863 814 66.89 15.15 BWS10 1 291 290 863 950 66.90 13.83
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    表  7  不同群体白皮松的遗传多样性参数统计

    Table  7.   Statistical values of genetic diversity among different populations of P. bungeana

    群体
    Population
    平均观测杂合度
    Observed mean heterozygosity (Ho)
    平均期望杂合度
    Expected mean heterozygosity (He)
    核苷酸多样性
    Nucleotide diversity (π)
    近交系数
    Inbreeding coefficient (Fis)
    JF 0.353 7 0.365 5 0.242 7 0.032 3
    MJS 0.366 3 0.391 4 0.284 2 0.063 2
    LT 0.356 4 0.358 7 0.282 9 0.006 3
    WZS 0.424 5 0.387 0 0.283 8 −0.096 9
    BWS 0.393 8 0.368 1 0.254 8 −0.069 7
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  • [1] 赵焱, 张学忠, 王孝安. 白皮松天然林地理分布规律研究[J]. 西北植物学报, 1995, 15(2):161−166. doi: 10.3321/j.issn:1000-4025.1995.02.015

    Zhao Y, Zhang X Z, Wang X A. A study on the geographical distribution law of Pinus bungeana natural forests in China[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 1995, 15(2): 161−166. doi: 10.3321/j.issn:1000-4025.1995.02.015
    [2] 李斌, 顾万春. 白皮松分布特点与研究进展[J]. 林业科学研究, 2003, 16(2):225−232. doi: 10.3321/j.issn:1001-1498.2003.02.017

    Li B, Gu W C. Distribution characteristics and research progress of Pinus bungeana[J]. Forest Research, 2003, 16(2): 225−232. doi: 10.3321/j.issn:1001-1498.2003.02.017
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-13
  • 修回日期:  2020-09-10
  • 网络出版日期:  2021-07-10
  • 刊出日期:  2021-08-31

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