高通量测序技术在农业研究中的应用

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1、高通量测序技术在农业研究中的应用摘要：随着高通量测序技术的不断发展和测序成本不断降低，高通量测序近几年在现代农业研究领域中得到了充分应用，为新品种选育和品质改良带来了新的科研方法和解决方案，加快了新品种的育种进程。高通量测序技术的主要应用方向包括对农作物和栽培品种进行全基因组从头测序和深度重测序、遗传差异分析、分子标记开发、遗传连锁分析、表观遗传分析和转录组分析等。本文系统阐述了近几年高通量测序技术在农业研究中的应用进展，展示高通量测序在现代农业研究领域的广泛应用前景。关键词：高通量测序；农业生物技术；全基因组测序；重测序中图分类号：Q503文献标识号：A文章编号：1001-4942(

2、2013)01-0137-04双螺旋结构的发现、遗传密码的破解、第一个完整基因组图谱的绘制完成［1］让科学家越来越认识到测序在生物学研究中的重要作用。作为最重要的分子生物学分析方法之一，DNA测序不仅为遗传信息的揭示和基因表达调控等基础生物学研究提供重要数据，而且在基因诊断和基因治疗等应用研究中也发挥着重要的作用。1977年Sanger等发表了利用末端终止反应的DNA测序方法，使得大规模、自动化的DNA测序成为可能，并成功地测定了包括人类基因组、水稻基因组等在内的若干生物的基因组序列［2］。随着科学的发展，传统的Sanger测序技术由于成本过高、通量较低、耗时耗力等缺点，较大地限制了D

3、NA测序的应用。自2005年以来，以罗氏公司的454技术、Illumina公司的Solexa技术和ABI公司的SOLID技术为标志的高通量技术相继诞生。高通量测序技术堪称测序技术发展历程的一个里程碑，该技术使得获得核昔酸序列数据的单碱基测序费用相对于Sanger测序急剧下降，可以对数百万个DNA分子同时测序，这使得对同一物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能，随之也给基因组学研究带来了更多的新方法和新方案。目前，高通量测序技术已广泛应用于动植物全基因组测序、基因组重测序、转录组测序、小RNAs测序和表观基因组测序等方面。本文对高通量测序技术在农业研究中的一些具体应用进行了综述。

4、1全基因组重测序全基因组重测序是对已知基因组序列的物种进行不同个体的基因组测序，并在此基础上对个体或群体进行差异性分析。全基因组重测序的个体，通过序列比对，可以找到大量的单核昔酸多态性位点(SNP)、插入缺失位点(InDei,Insertion/Deletion)、结构变异位点(SV,StructureVariation),通过生物信息学手段，分析不同个体基因组间的结构差异，同时完成注释。随着测序成本的降低及可拥有参考基因组序列物种的增多，基因组重测序已经成为动植物育种研究中迅速有效的方法之一，在全基因组水平上进行扫描并检测与重要性状相关的位点，对育种研究具有重大的科研与产业价值。11

5、利用重测序进行进化分析及SNP筛选Lai等(2010)[3]对6个玉米(Zeamays)骨干自交系进行了全基因组重测序，共发现1273124个单核昔酸多态性位点(SNPs),得到30178个1〜6bp的插入缺失位点(InDeis),新发现的这些SNPs和InDeis提供了1个高密度的全基因组标记信息，同时也鉴定出数百个基因获得与丢失变异(Presence/AbsenceVariations,PAVs)oJiao等(2012)[4]利用高通量测序技术对来自不同区域以及不同年代的278份玉米自交系基因组进行了系统分析，阐述了现代玉米育种过程中发生的基因组遗传变化规律，平均每个品系得到了2倍

6、的数据，获得了13万亿个碱基对和27818705个单核昔酸多态性位点的信息量。Huang等(2010)[5]利用高通量测序技术结合自主研发的基因型分析方法，对517份水稻地方品种资源进行了约1倍深度的测序，获得了270Gb数据，构建了高密度的水稻单体型图谱(HapMap),鉴定了大约360万个SNP位点。并利用373个和稻品种对水稻株型、产量、籽粒品质和生理特征等14个农艺性状进行全基因组关联分析研究，通过连锁分析鉴定的位点可解释约36%的表型变异。Zheng等(2011)[6]对3个高粱(Sorghumbicolor)品系进行了全基因组重测序，每株测序深度为12倍，以已测的美国籽实高

7、粱基因组序列为参考进行信息分析，发掘出1057018个SNPs、99948个1〜10bp长的InDeis、16487个PAVs和17111个拷贝数变异。同时，在甜高粱和籽实高粱序列中鉴定出近1500个序列结构差异基因，这些基因参与糖与淀粉代谢、木质素和香豆素合成、核酸代谢、胁迫应答和DNA修复等生物学过程。12利用重测序技术鉴定突变体突变基因正向遗传突变与适应性进化是创造出带有希望性状的新变异有机体的有力工具和途径，高通量技术的出现，使突变体在