Nghiên cứu nguồn gen của kỳ tử Trung Quốc (Lycium spp.) thông qua phương pháp giải trình tự DNA tại các vị trí cắt (RAD-seq)

Biochemical Genetics - Tập 56 - Trang 575-585 - 2018
Defang Zhang1,2, Tao Xia3, Shaofei Dang4, Guanghui Fan1, Zhanlin Wang1
1Qinghai Academy of Agriculture and Forestry, Qinghai University, Xining, China
2State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture, Qinghai University, Xining, China
3Qinghai General Health Biotechnology Co., LTD, Xining, China
4Laboratory of Cell Biology, Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing, China

Tóm tắt

Kỳ tử Trung Quốc (Lycium spp.) là một loại cây ăn được và cây thuốc quan trọng, có lịch sử trồng trọt lâu dài. Mối quan hệ di truyền giữa các loài Lycium hoang dã và các nguồn gen truyền thống vẫn chưa rõ ràng vì nhiều lý do, điều này đã cản trở việc lai tạo giống kỳ tử Trung Quốc hiện đại. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thu thập 19 mẫu nguồn gen của kỳ tử Trung Quốc và thiết lập mối quan hệ di truyền dựa trên các dấu hiệu RAD-seq. Chúng tôi đã thu được 30.32 Gb dữ liệu sạch, với giá trị trung bình của mỗi mẫu là 1.596 Gb. Tỷ lệ ánh xạ trung bình là 85.7%, và chiều sâu phủ sóng trung bình là 6.76 X. Kết quả phân loại phát sinh chủng loài phân biệt rõ ràng tất cả các mẫu. Tất cả các nguồn gen đã nghiên cứu đều chia sẻ tổ tiên chung gần nhất với L. barbarum, điều này chỉ ra rằng L. barbarum có thể liên quan đến việc canh tác các nguồn gen này. Mối quan hệ của một số nguồn gen, cụ thể là các dòng ‘Ningqi’, ‘Qingqi-1’ và ‘Mengqi-1’, đã được hỗ trợ bởi kết quả phân loại phát sinh loài, trong khi kỳ tử tam bội được chỉ ra là kết quả của việc lai giữa ‘Ningqi-1’ và một loại kỳ tử tứ bội. Nghiên cứu này đã phát hiện ra bối cảnh di truyền của kỳ tử Trung Quốc, và phát triển cơ sở cho phân loại loài, xác định nguồn gen và bảo vệ, cũng như sản xuất các giống kỳ tử lai.

Từ khóa

#kỳ tử Trung Quốc #Lycium spp. #RAD-seq #nguồn gen #lai tạo giống

Tài liệu tham khảo

An W, Li Y, Jiao E, Li R (1998) Breeding of triploid seedless variety of wolfberry (Lycium barbarum L.). J Ningxia Agric Coll 3:41–44 An W, Zhang HX, Jun HE, LI XY, Fan YF (2009) Progress and prospects of wolfberry breeding. North Hortic 5:125–128 Baird NA, Etter PD, Atwood TS, Currey MC, Shiver AL, Lewis ZA, Selker EU, Cresko WA, Johnson EA (2008) Rapid SNP discovery and genetic mapping using sequenced RAD markers. PLoS ONE 3(10):e3376 Dong JZ, Lu DY, Wang Y (2009) Analysis of flavonoids from leaves of cultivated Lycium barbarum L. Plant Food Hum Nutr 643:199–204 Duan H, Chen Y, Chen G (2010) Far infrared-assisted extraction followed by capillary electrophoresis for the determination of bioactive constituents in the leaves of Lycium barbarum Linn. J Chromatogr A 1217(27):4511–4516 Ellegren H (2014) Genome sequencing and population genomics in non-model organisms. Trends Ecol Evol 29(1):51–63 Fukuda T, Yokoyama J, Ohashi H (2001) Phylogeny and biogeography of the genus Lycium (Solanaceae): inferences from chloroplast DNA sequences. Mol Phylogenet Evol 19(2):246–258 Gao Z, Ali Z, Khan IA (2008) Glycerogalactolipids from the fruit of Lycium barbarum. Phytochemistry 69(16):2856–2861 Herrera S, Shank TM (2016) RAD sequencing enables unprecedented phylogenetic resolution and objective species delimitation in recalcitrant divergent taxa. Mol Phylogenet Evol 100:70–79 Hitchcock CL (1932) A monographic study of the genus Lycium of the Western Hemisphere. Ann Mo Bot Gard 19(2–3):179–374 Hong Y, Pandey MK, Ying L, Chen X, Hong L. Varshney RK (2015) Identification and evaluation of single-nucleotide polymorphisms in allotetraploid peanut (Arachis hypogaeal.) based on amplicon sequencing combined with high resolution melting (hrm) analysis. Front Plant Sci 6:1068 Hu ZQ, Zhou QL (2005) Breeding of Ningqi-4. Ningxia J Agric Fore Sci Technol 4:11–13 Hu BF, Zhang B, Cai G, Wang S, Zhon L, Wu L (2016) Genetic diversity by SSR markers in seventeen Chinese and American Lycium barbarum L. Northern Hortic 01:90–94 Hua Y, Wei CL, Liu HW, Wu JL, Li ZG, Liang Z (2016) Genetic divergence between Camellia sinensis and its wild relatives revealed via genome-wide SNPs from RAD sequencing. PLoS ONE 11(3):e0151424 Inbaraj BS, Lu H, Hung CF, Wu WB, Lin CL, Chen BH (2008) Determination of carotenoids and their esters in fruits of Lycium barbarum Linnaeus by HPLC–DAD–APCI–MS. J Pharm Biomed 47(4):812–818 Inbaraj BS, Lu H, Kao TH, Chen BH (2010) Simultaneous determination of phenolic acids and flavonoids in Lycium barbarum Linnaeus by HPLC–DAD–ESI-MS. J Pharm Biomed 51(3):549–556 Jeffries DL, Copp GH, Lawson Handley L, Olsén KH, Sayer CD, Hänfling B (2016) Comparing RADseq and microsatellites to infer complex phylogeographic patterns, an empirical perspective in the crucian carp, carassius carassius, L. Mol Ecol 25(13):2997–3018 Kuang KR, Lu AM (1978) Flora of China (Solanaceae). Science Press, Beijing, pp 8–18 Li H, Durbin R (2009) Fast and accurate short read alignment with Burrows-Wheeler transform. Bioinformatics 25(14):1754–1760 Li RH, Shi ZG, An W, Li YX, Jiao EN (2004) New Chinese wolfberry varieties Ningcaiqi-1 for vegetable purpose. China Veg 1(5):48–48 Li H, Handsaker B, Wysoker A, Fennell T, Ruan J, Homer N, Marth G, Abecasis G, Durbin R (2009) The sequence alignment/map format and SAM tools. Bioinformatics 25(16):2078–2079 Li YL, Fan YF, Dai GL, An W, Cao YL (2011) Analysis of genetic diversity for wolfberry germplasms by AFLP technology. Chinese Tradit Herb Drugs 42(4):770–773 Li XG, Wang YK, Li J, Zang XN, Ge J, He LJ (2014) Study on10 species of Lycium L. Genetic relationship based on nrDNA-ITS sequence. Chinese Agric Sci Bull 30(25):128–135 Marrano A, Birolo G, Prazzoli ML, Lorenzi S, Valle G, Grando MS (2017) SNP-discovery by RAD-sequencing in a germplasm collection of wild and cultivated grapevines (V. vinifera L.). PLoS ONE 12(1):e0170655 Miller JS (2002) Phylogenetic relationships and the evolution of gender dimorphism in Lycium (Solanaceae). Syst Bot 27(2):416–428 Miller MR, Dunham JP, Amores A, Cresko WA, Johnson EA (2007) Rapid and cost-effective polymorphism identification and genotyping using restriction site associated DNA (RAD) markers. Genome Res 17:240–248 Nan XX, Wang JX, Chang HY, Wang H, Li YH, Shen XD (2014) A new variety of Lycium barbarum Ningqi 8. Scientia silvae sinicae 50(12):170–170 Pavinato VA, Margarido GR, Wijeratne AJ, Wijeratne S, Meulia T, Souza AP (2017) Restriction site associated DNA (RAD) for de novo sequencing and marker discovery in sugarcane borer, Diatraea saccharalis fab. (lepidoptera: crambidae). Mol Ecol Res 17:454–465 Peng Y, Ma C, Li Y, Leung KSY, Jiang ZH, Zhao Z (2005) Quantification of Zeaxanthin dipalmitate and total carotenoids in Lycium fruits (Fructus Lycii). Plant Food Hum Nutr 60(4):161–164 Razkin O, Sonet G, Breugelmans K, Madeira MJ, Gómez-Moliner BJ, Backeljau T (2016) Species limits, interspecific hybridization and phylogeny in the cryptic land snail complex pyramidula: the power of RADseq data. Mol Phylogenet Evol 101:267–278 Sang J, Li S, Zhang KW (2010) Genetic diversity analysis of Lycium babarum L. by RAPD. Bull Bot Res 30(1):116–119 Shao QS, Gao L, Nan XX, Xu ML, Li YH, Wang JX (2015) Analysis of genetic diversity and construction of fingerprint of Lycium barbarum L.using SSR technology. Northern Hortic 12:91–95 Shih KM, Chang CT, Chung JD, Chiang YC, Hwang SY (2018) Adaptive genetic divergence despite significant isolation-by-distance in populations of taiwan cow-tail fir (Keteleeria davidiana var.formosana). Front Plant Sci 9:92 Verdu CF, Guichoux E, Quevauvillers S, De Thier O, Laizet Y, Delcamp A (2016) Dealing with paralogy in RADseq data: in silico detection and single nucleotide polymorphism validation in Robinia pseudoacacia l. Ecol Evol 6(20):7323–7333 Wagner N, Wagner N (2017) Insights into reticulate evolution and hybridization in the phylogeny of willows (Salix L.) using RAD Sequencing. IX International botanical congress Wang JM, Wand JP, Gto XP, Lei ZR, Jiang QX, Zhong YP (2007) Mengqi-1 wolfberry breeding of new varieties. Crop Res 21(3):415–417 Wang Y, Shahid MQ, Lin S, Chen C, Hu C (2017) Footprints of domestication revealed by RAD-tag resequencing in loquat: SNP data reveals a non-significant domestication bottleneck and a single domestication event. Bmc Genom 18(1):354 Wosula EN, Chen W, Fei Z, Legg JP (2017) Unravelling the genetic diversity among cassava bemisia tabaci white flies using next RAD sequencing. Genom Biol Evol 9(11):2958–2973 Zerbino DR, Birney E (2008) Velvet: algorithms for de novo short read assembly using de Bruijn graphs. Genome Res 18(5):821–829 Zhou G, Zhang Q, Zhang XQ, Tan C, Li C (2015) Construction of high-density genetic map in barley through restriction-site associated DNA sequencing. PLoS ONE 10(7):e0133161