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基于全基因组重测序的产品

       随着测序成本的降低和已知基因组序列物种的增多，全基因组重测序已成为动植物分子育种、群体进化研究中最为便捷和高效的方法之一。全基因组重测序是对已知基因组序列的物种中不同个体的基因组测序，并在此基础上通过相应的生物信息学手段对个体或群体进行差异性分析，进而找到大量的单核苷酸多态性位点（SNP），插入缺失位点（InDel，Insertion/Deletion）、结构变异位点（SV，Structure Variation）等变异信息，用于动植物研究。
       全基因组重测序技术可以广泛的应用于变异检测、群体进化分析、遗传图谱构建、全基因组关联分析等动植物研究。
       恒创基因将根据合作伙伴的实际项目需求，凭借团队成员丰富的项目经验和专业的信息分析能力提供专业、便捷、可靠的服务。

产品路线图:

变异检测（WGS）

通过全基因组测序，利用已知基因组序列作为参考进行比对分析，可以快速获得SNP、InDel、SV等变异数据。这些变异数据的获得有助于建立特定物种的分子标记数据库。相对于传统分子标记方法，使用全基因组重测序进行分子标记开发具有周期短、标记密度高等优势，目前已广泛应用在动植物研究变异检测的项目中。

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案例：优良品种的标签SNP分析揭示了旱稻中重要的等位基因
Lyu J, Zhang S, Dong Y, et al. Analysis of elite variety tag SNPs reveals an important allele in upland rice. Nature communications. 2013, 4:2138.
选择少见及有用的突变基因对于农作物驯化和改良至关重要。一些重要的农艺性状基因往往是以低频率存在于一些非优良种群中。通过对6个优良水稻品种进行测序，发现旱稻和灌溉稻在基因Nced（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase）上存在显著的等位基因频率差异。并且在这个基因附近发现有选择性清除。基因功能研究表明，该基因与旱稻的适应性存在显著的关联。此研究基于全基因组的变异检测，展示了一种富有潜力的挖掘农艺性状相关基因的策略。

图1 优良品种标签单核苷酸多态性等位基因（Elite variety tag single- nucleotide polymorphism alleles, ETASs）在染色体上的分布

图2 Nced 基因附近的选择性清除信号

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥3µg; c≥30ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	10~30X (建议30X)	49个自然日定制化分析另计

质量性状定位（WGS）

随着高通量测序技术的发展，测序成本越来越低，基于全基因组测序的质量性状定位方法也得到了不断的发展。目前常用的方法大多基于集团分离分析法（Bulked Segregation Analysis，BSA)的思想发展而来，利用从一对具有表型差异的亲本所产生的任何一种分离群体构建具有目标性状差异的近等基因池，选择合适的分子标记对两基因池进行分子标记的筛选和多个单株的鉴定，从而找到与目标性状连锁的分子标记。

基于高通量测序技术的标记开发方法与BSA分析相结合具有周期短、标记密度大、效率高等优势，目前已广泛应用于动植物质量性状定位研究项目中。

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案例1：通过低深度全基因组重测序有效定位和克隆斑马鱼突变
Bowen ME, Henke K, Siegfried KR, et al. Efficient mapping and cloning of mutations in zebrafish by low-coverage whole-genome sequencing. Genetics. 2012, 190(3):1017-1024.
斑马鱼中的突变体是研究脊椎动物发育、生理机能和疾病的重要模式物种。然而，如何准确鉴定导致突变表型改变的位点仍然是一个亟需解决的问题。针对斑马鱼基因组大、缺乏自交系的特点，该研究发展了一种新的方法：通过参考SNP数据库结合低深度测序，鉴定了一个导致表型改变的突变。

案例2：基因组测序揭示了水稻中重要的农艺性状位点（MutMap）
Abe A, KosugiS, Yoshida K, et al. Genome sequencing reveals agronomically important loci in rice using MutMap. Nature biotechnology. 2012, 30(2):173-178.
一些重要的农艺性状往往是多基因控制的，并且表型效应比较低，鉴定这些基因是比较困难的。该研究基于全基因组重测序发展了一个名为MutMap的方法：对分离的群体中具有目标性状的植株混合测序，然后进行定位。该研究构建了F2 群体，对分离比较明确但是差异比较微小的表型进行了分组。通过MutMap进行分析，发现了控制叶色和半矮生性状的相关基因组区域。

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥3µg; c≥30ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	每个群体测序深度≥30X	56个自然日定制化分析另计

遗传图谱（WGS）

遗传图谱(genetic map 或 linkage map)是指以遗传标记间重组率为基础构建的标记之间相对位置的线性排列图。基于高通量重测序技术通过对作图群体（RIL，DH，CSSL等）亲本进行高深度全基因组测序,子代群体进行低深度测序, 将一定数量的连续 SNP 作为判断子代重组位点的依据，得到每个子代的全基因组物理重组图谱。然后，利用作图群体中全部的重组位点信息，获得构成重组事件的最小单位(Recombination bin)和Bin map，并利用得到的Bin 作为标记用于后续的连锁图谱构建和QTL定位。

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案例：基于全基因组重测序的高通量分型（Bin Map）
Huang, X, Feng, Q, Qian, Q, et al. High-throughput genotyping by whole-genome resequencing. Genome research. 2009, 19:1068-1076.
新一代测序技术为重新设计标记开发策略提供了可能。本案例通过对一个水稻的重组自交系群体进行全基因组低深度测序，构建了重组自交系群体的物理重组图谱。利用重组位点信息构建了基因型准确率高达99.94%的高分辨率遗传图谱。利用该方法成功定位了一个影响株高的、包含绿色革命基因的基因组区域，证明了该方法的准确性和有效性。

图1 基于测序的高通量分型策略示意图

图2 Bin map和重组位点图谱

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥3µg; c≥30ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	亲本20X 子代0.2X	70个自然日定制化分析另计

自然群体进化研究（WGS）

群体遗传学是研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科，其中自然群体的进化研究又是群体遗传学的主要方向之一。每个物种都具有相当稳定的遗传特性，而新种的形成和发展则依赖于可遗传的变异。随着高通量测序技术的发展，便捷高效的遗传标记为大规模研究自然群体的进化提供了可能。

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案例：全基因组测序揭示了非洲高粱的遗传改良潜力
Mace ES, Tai S, Gilding EK, et al. Whole-genome sequencing reveals untapped genetic potential in Africa's indigenous cereal crop sorghum. Nature communications. 2013, 4:2320.
该研究通过对44种高粱（包括各种不同的高粱种类和地理来源）进行全基因组重测序(16~45X)，揭示了高粱群体的遗传多样性特征。研究者们通过分析野生高粱和栽培高粱之间的分化，识别出与驯化和作物改良有关的725个候选基因，报告了在农艺性状上可能扮演一定角色的285个驯化基因。该研究将使我们能够在包括水稻、玉米和大豆在内的其他谷类作物之间进行遗传比较，还有助于将高粱的适应性性状引入到其他谷类作物中。

图1 群体多样性分析和连锁不平衡分析

图2 两个基因组区域的选择信号

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥3µg; c≥30ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	5~10X (建议10X)	70个自然日定制化分析另计

全基因组关联分析（WGS）

全基因组关联研究（Genome-wide association study, GWAS）是用来检测全基因组范围的遗传变异与可观测性状之间遗传关联的一种方法。在全基因组范围内进行整体研究，能够一次性对目标性状进行轮廓性概览，适用于复杂性状的研究。在全基因组层面上，开展多中心、大样本、反复验证的基因与性状的关联研究，可以全面揭示性状发生、发展相关的遗传基因。目前该方法已广泛应用在动植物研究中。随着表观遗传图谱、蛋白表达谱等学科综合推进，作为一种综合性的分析方法，GWAS必将迎来一个更广阔的发展空间。

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案例：玉米现代育种过程中引起的基因组遗传改变
Jiao Y, Zhao H, Ren L, et al. Genome-wide genetic changes during modern breeding of maize. Nature genetics. 2012, 44(7):812-815.
近代玉米的育种过程是非常成功的，然而内在的遗传改变在很大程度上仍然是未知的。本案例选取了在玉米育种历史过程中，位于不同育种阶段的278个玉米自交系作为研究材料，利用GWAS定位到了3个表型相关的基因组区域。结果表明，现代的育种过程对玉米的基因组造成了高动态的遗传改变。人工选择影响了基因和非基因区，导致了受选择基因组区域的多态性降低和稀有等位基因升高。

图1 玉米穗轴颜色的全基因组关联分析结果

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥3µg; c≥30ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	5~10X (建议30X)	70个自然日定制化分析另计

基于简化基因组测序的产品

简化基因组测序（ReducedRepresentation Genome Sequencing, RRGS）是指利用限制性内切酶获取基因组上与酶切位点关联的序列片段，应用高通量测序技术进行测定，获得海量标签序列来代表目标物种全基因组信息的测序方法。目前常见的简化基因组技术包括RAD（Restriction site Associated DNA）、GBS（Genotyping By Sequencing）等。这些技术都可以在极短的时间内开发出成千上万的SNP 标记。分子标记是开展遗传作图、关联分析、群体遗传分析的基础，利用简化基因组技术开展动植物科研工作是当前第二代测序技术的一种热门应用。
恒创基因将根据合作伙伴的实际项目需求，凭借团队成员丰富的项目经验和专业的信息分析能力提供专业、便捷、可靠的服务。

产品路线图:

变异检测（RAD-seq）

RAD-seq作为简化基因组测序的一种，技术相较其他策略，表现最稳定、标记数量和质量水平最高，是恒创基因主推的简化基因组解决方案。RAD(Restriction-site Associated DNA)是与限制性核酸内切酶识别位点相关的DNA。RAD-seq通过对酶切获得的 RAD 标签序列（Tag）进行高通量测序，能够降低基因组的复杂度，操作简便，同时不受参考基因组的限制。根据不同的研究目的，可以设计多种酶切建库方案，获得合适的标记量。相对于全基因组重测序，该策略具有价格低、标记量相对可定制、不依赖参考序列等优势，目前已广泛应用于动植物研究项目中。

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案例：基于新一代RAD测序的甘蓝高通量标记检测
Bus A, Hecht J, Huettel B, et al. High-throughput polymorphism detection and genotyping in Brassica napus usingnext-generation RAD sequencing. BMC genomics. 2012, 13(1):281.
甘蓝是重要的园艺作物，其基因组比较复杂。合适的分子标记对于甘蓝育种研究很有帮助。本案例利用8个不同的甘蓝品种进行了全基因组范围的RAD测序，得到了113,000个RAD簇，获得了超过2万的SNP和125个InDel。结果表明RAD测序是一种高通量的SNP检测方法，对于甘蓝如此复杂的基因组也非常有效。

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥2µg; c≥25ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	由项目需求的标记量确定	49个自然日定制化分析另计

质量性状定位（RAD-seq）

质量性状定位目前常用的方法大多基于集团分离分析法（Bulked Segregation Analysis，BSA)的思想发展而来，利用一对具有表型差异的亲本所产生的任何一种分离群体，构建具有目标性状差异的近等基因池，选择合适的分子标记对两基因池进行分子标记的筛选和多个单株鉴定，从而找到与目标基因连锁的分子标记。

基于简化基因组技术的标记开发方法与BSA分析相结合具有周期短，标记数量相对可定制，性价比高等优势，目前已广泛应用于动植物质量性状定位研究项目中。

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案例：基于RAD标记的快速且性价比高的多态性检测和基因分型
Miller MR, Dunham JP, Amores A, et al. Rapid and cost-effective polymorphism identification and genotyping using restriction site associated DNA (RAD) markers. Genome research. 2007, 17:240-248.
RAD标签可用于代表全基因组的序列，该研究将RAD标记与微阵列分型技术相结合，用比较低的成本，快速有效的鉴定RAD标记。对于检测重组位点，或者是利用分群分析法检测目标性状位点都十分有效。该技术使模式和非模式物种的高通量，高分辨率基因分型成为了可能。

图1 RAD标记统计与分群法定位实验

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥2µg; c≥25ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	由项目需求的标记量确定	56个自然日定制化分析另计

遗传图谱（RAD-seq）

遗传图谱(genetic map 或 linkage map)是指以遗传标记间重组率为基础构建的标记之间相对位置的线性排列图。基于简化基因组的标记开发方案，对作图群体（RIL，DH，F2，CP等）及其亲本进行简化基因组测序，获得群体基因型数据。然后进行遗传图谱构建，用于辅助基因组组装，或者结合表型数据进行QTL定位。

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案例：基于RAD测序的牙鲆遗传图谱构建，QTL构建和比较基因组分析
Shao C, Niu Y, RastasP, et al. Genome-wide SNP identification for the construction of a high-resolution genetic map of Japanese flounder (Paralichthys olivaceus): applications to QTL mapping of Vibrio anguillarum disease resistance and comparative genomic analysis. DNA research. 2015, 22(2):161-70.
该研究利用RAD技术获得的13,362个SNP标记构建了牙鲆的高分辨率遗传图谱，定位了9个抗鳗弧菌病的QTL，之后利用组装好的基因组序列发现了12个免疫相关的基因。另外遗传图谱也为Scaffold定位到染色体提供了便利，从而为该物种的基因组学研究奠定了基础。

图1 基于RAD测序的牙鲆遗传图谱

图2 牙鲆抗鳗弧菌病QTL定位

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥2µg; c≥25ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	由项目需求的标记量确定	70个自然日定制化分析另计

自然群体进化研究（RAD-seq）

群体遗传学是研究群体的遗传结构及其变化规律的遗传学分支学科，其中自然群体的进化研究又是群体遗传学的主要方向之一。每个物种都具有相当稳定的遗传特性，而新种的形成和发展则依赖于可遗传的变异。随着高通量测序技术的发展,便捷高效的遗传标记为大规模研究自然群体的进化提供了可能。简化基因组测序的特点，不仅适合有参考基因组的物种，也适合没有参考基因组的物种。对于基因组比较大，研究相对落后的物种具有极高的性价比。

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案例：大西洋鳗鱼物种形成的基因组印迹
Jacobsen MW, Pujolar JM, Bernatchez L, et al.Genomic footprints of speciation in Atlantic eels (Anguilla anguilla and A. rostrata). Molecular ecology. 2014, 23:4785–4798
基因流在物种形成中的作用越来越受到重视，然而选择过程中基因组的印迹需要更深入的研究。该研究选取了欧洲和美洲鳗鱼作为研究对象。两者分布区域有一定的重叠，但是已经具有了明显的生殖隔离。通过RAD测序技术，研究者们利用检测到的SNP，结合一些群体遗传学方法对两个姊妹物种形成的基因组印迹进行了阐述。

图1 欧洲和美洲的鳗鱼取样点地图

图2 最长的30条scaffold上的Fst统计

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥2µg; c≥25ng/µL	500bp	HiSeq^®PE125	由项目需求的标记量确定	70个自然日定制化分析另计

全基因组关联分析（RAD-seq）

全基因组关联研究（Genome-wide association study, GWAS）是用来检测全基因组范围的遗传变异与可观测性状之间遗传关联的一种方法。在全基因组范围内进行整体研究，能够一次性对目标性状进行轮廓性概览，适用于复杂性状的研究。在全基因组层面上，开展多中心、大样本、反复验证的基因与性状的关联研究，可以全面揭示性状发生、发展相关的遗传基因。基于简化基因组测序的标记开发方案，特别适合大基因组，高杂合的物种。通过选择的合适的酶切方案，能够得到满足研究需求的标记量。借助简化基因组技术，GWAS必将迎来一个更广阔的发展空间。

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案例：高粱农业气候相关性状的群体基因组和全基因组关联研究
Morris GP, Ramu P, Deshpande SP. et al. Population genomic and genome-wide association studies of agroclimatic traits in sorghum. PNAS. 2013, 110(2):453–458.
高粱是世界干早、半干早地区重要的粮食作物和饲料作物，在当今的气候条件下对于保障世界粮食安全具有重要意义。为了对高粱的分子育种和基因挖掘提供便利，本案例利用简化基因组技术得到的约265,000个SNP标记对971个世界范围内的高粱品系进行了群体多样性和全基因组关联研究，为作物的分子标记辅助选择育种和基因组选择育种打下了基础。

图1 世界范围内的种质资源起源与遗传关系

图2 花序长度和地理分布数量性状位点等位基因的全基因组关联分析

技术参数

DNA总量和浓度（Qubit_®）	文库类型	测序平台和类型	测序策略	项目周期
m≥2µg; c≥25ng/µL	300~500bp	HiSeq^®PE125	由项目需求的标记量确定	70个自然日定制化分析另计