利用深度测序技术定位水稻穗长QTL

论文摘要

数量性状基因座(QTL)定位是现代数量遗传学研究的主要内容。新一代测序(深度测序)技术具有高通量、低成本的优点,已经成为遗传学和基因组学研究的有效手段。根据混合分离分析(BSA)的原理,本研究探讨了将深度测序与BSA相结合进行QTL定位的方法,并以水稻穗长为对象,对方法的可行性和有效性进行了验证。数据来源：将长穗品系LPBG08与短穗粳稻品种日本晴杂交,建立F2群体(248株)。从中选出极端长穗和极端短穗各15株,分别建立长穗和短穗DNA池。用Solexa方法对两DNA池分别进行测序。数据分析方法：以已知的日本晴基因组序列为参考,用软件CLC Genomics Workbench4.0对序列数据进行过滤、修剪、定位、整合和单核苷酸多态性(SNP)检测。利用获得的大量SNP位点,估计两池间在特定窗口(基因组区段)内的等位基因频率差异(d)。以特定步长将窗口沿基因组滑动,得到d值沿基因组变化的曲线。采用置换测验的方法求得总体显著水平为5%时的阈值。超过阈值的d值高峰即为QTL可能的位置。主要结果：1、数据过滤和修剪后,长穗池有29,826,403条有效读段,其中27,771,525条能够定位到基因组上,总碱基数约为2,030Mb,平均测序深度为5.40×,平均覆盖率为0.95；短穗池有28,658,802条有效读段,其中26,774,227条能够定位到基因组上,总碱基数约为1,960Mb,平均测序深度为5.20×,平均覆盖率为0.95。共检测到525,608个SNP,平均密度为1.41/kb。2、以400kb的窗口和10kb的步长进行全基因组扫描,求得的5%总体显著水平的阈值为0.228。3、共检测到3个QTL,分别位于3号、8号和11号染色体上,其中3号染色体上的QTL最为显著。本研究结果证明了深度测序与BSA相结合进行QTL定位的方法的可行性和有效性。该方法一个突出的优点是,可以将QTL直接定位到物理图谱上。随着深度测序技术的进一步发展和费用的不断降低,该方法可望在QTL定位中得到广泛应用,成为QTL定位方法的一个新的发展方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 水稻穗长的QTL定位研究现状
• 1.2 QTL定位的方法
• 1.2.1 分子标记连锁图谱的构建
• 1.2.2 QTL定位的原理与方法
• 1.2.3 QTL定位的现状
• 1.3 新一代DNA测序技术
• 1.3.1 有代表性的新一代DNA测序仪
• 1.3.2 Illumina测序仪简介
• 1.3.3 新一代测序技术的发展与应用
• 1.3.4 用于分析测序数据的工具
• 2 材料与方法
• 2.1 数据来源
• 2.2 数据处理
• 2.2.1 初步过滤低质量的读段
• 2.2.2 修剪读段
• 2.2.3 定位读段
• 2.2.4 整合定位结果
• 2.2.5 SNP检测
• 2.2.6 转换与颠换SNP类型的统计
• 2.3 QTL分析
• 2.3.1 求全基因组差值的变化
• 2.3.2 显著阈值估计
• 2.3.3 QTL定位
• 3 结果与分析
• 3.1 读段数据处理结果
• 3.1.1 读段修剪结果
• 3.1.2 读段定位结果
• 3.1.3 定位结果的整合
• 3.1.4 SNP检测结果
• 3.2 水稻穗长的QTL定位
• 3.2.1 全基因组差值的变化
• 3.2.2 穗长的QTL定位
• 4 结论与讨论
• 4.1 关于读段的定位
• 4.2 关于SNP的检测
• 4.2.1 测序深度
• 4.2.2 SNP检测的覆盖深度
• 4.3 水稻穗长的QTL分析
• 4.3.1 关于区间的样本量
• 4.3.2 DNA池的大小及曲线的波动问题
• 4.3.3 与标记连锁分析得到的定位结果的比较
• 4.4 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢