茄科三剑客之茄子

茄子

茄子是亚洲、中欧、南欧和非洲重要的农作物，2012年茄子的产量高达48.4M 吨，接近番茄产量的1/3，但对茄子分子层面的研究远少于番茄和土豆。尽管茄科农作物的许多性状相同，但茄子有许多独有的性状还未被研究。通过对种间杂交生成的F2代茄子进行随机富集多态DNA和多态性标记，研究者构建了第一条茄子DNA标记连锁图谱，随后获得了包括ESTs, SSRs, SNPs等在内的分子遗传信息，为从遗传层面揭示茄子的物种特异性提供依据。

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茄子

文献题目: Draft Genome Sequence of Eggplant (Solanum melongena L.): the

Representative Solanum Species Indigenous to the OldWorld.

发表期刊： DNA Research

发表时间：2014年9月18日

影响因子：5.404

摘要介绍：茄子是一种茄科农作物，同土豆、番茄、辣椒一样拥有极高的经济价值。日本Kazusa DNA 研究中心和NARO植物与茶科学研究中心 (NIVTS)共同完成此项目。通过解析茄子的基因组，构建了由33,873个scaffolds组成的数据集，命名为SME_r2.5.1。SME_r2.5.1长度833.1 Mb，覆盖74%的茄子基因组，覆盖将近90%的基因。同时预测基因组包含85,446个基因。

通过对茄子基因组和包括拟南芥在内的其他三种茄科植物进行聚类分析，在产生的35,000个类簇中，有4,018个只包括茄子基因，这些基因可能与茄子特有形状相关。通过与番茄基因组进行比较，发现茄子与番茄有16,573 对直系同源基因，56个保守共线性块，茄子的9,489 个scaffolds可以比对到番茄的基因组上。茄子与番茄基因组的比较分析有助于加速理解茄科基因组的结构特征，为这一类作物的培育及利用提供依据。

内容解析

研究问题：

1. 茄子果实形状为什么这么特别；2. 茄子与番茄在基因组层面的关系。

研究方向：

1. 茄子基因组特点；2. 茄子与番茄遗传学差异。

研究成果：茄子基因组的测序与组装

1. 通过Illumina Hiseq 2000进行全基因组鸟枪测序和组装，获得1,093MbScaffolds；

2. 通过Roche 454 GS FLX进行cDNA测序组装，获得总长度为38.2Mb的可代表Nakate-shinkuro基因组的45,729个contigs；

3. illumina scaffolds和Roche 454 基因contigs混合组装，最终获得大小为829.0Mb的superscaffolds，命名为SME_r2.5.1。SME_r2.5.1覆盖74%的茄子基因组（茄子全基因组预估为1,127Mb）；

4. 通过将茄子、番茄、土豆、烟草和拟南芥的基因进行聚类分析，发现茄子独有的19个抗病相关基因；

5. 与番茄基因组的比较与番茄基因组比较，找到2个Myb-like基因可能与控制茄子颜色（紫色或者白色）相关。

研究亮点：

与其他茄科植物的基因聚类分析，找到验证茄子抗病属性相关的19个类簇，以及2个可能与控制茄子颜色（紫色或者白色）相关的基因。

研究方法

研究对象：培育的茄子纯系Nakate-Shinkuro；

所用软件：

SOAPdenovo v1.05--组装、GapCloser 1.10.--补Scaffolds的空缺、BWA 0.6.2--比对、Newbler 2.7--组装Roche 454 GS FLX获取得序列、PCAP.rep--混合组装、BLASTN search--比对软件、KmerFreq_AR--基因组大小预测工具、SciRoKo--重复序列检测、SSPACE 2.0--组装、Augustus 2.7--基因预测；

所用数据：1、茄子Nakate-Shinkuro基因组数据；2、番茄基因组数据；3土豆、烟草、番茄和拟南芥的功能基因数据；

所用数据库：‘Eggplant Genome DataBase’ (http://eggplant.kazusa.or.jp)；DDBJ/EMBL/GenBank databases；‘EST assembly DB Eggplant’ (http://estdb.nivot.affrc.go.jp)；‘VegMarks’ database (http://vegmarks.nivot.affrc.go.jp)；

实验过程：

全基因组鸟枪测序：从培育茄子纯系Nakate-Shinkuro的叶子中提取核DNA构建PE和MP文库。培育纯系AE-P03和LS1934用于EST测序的CDNA预备。LS1934从收集成熟的叶和根样品。AE-P03线上的样品花在开花期和成熟期两周后进行采摘。从这四种混合材料中提取RNA，用作cDNA文库构建。F2代LWF2(n=90)和EWF2(n=120)用于连锁图谱构建。EWFS来自EPL-1和WCGR112-8的杂交

研究结果

图1 测序和组装的流程图

图2 运用Augustus 2.7对SME_r2.5.1进行基因预测

除去转座因子和短序列，预测出 42,035个基因。与番茄、土豆、烟草和拟南芥进行基因家族聚类分析，发现 4,018个茄子独有的基因簇其中有19个与抗病相关验证了茄子不同于其它茄科植物的抗病属性。图中每个块里，括号内的数字代表基因的数量，括号外的数字代表簇的个数。

图4 组装的super scaffold SME_r2.5.1的统计数据。SME_r2.5.1由33,873个scaffolds组成，长度为833.1Mb，覆盖74%的基因组，包含90%的基因

【参考文献】

Hirakawa, H., et al. (2014). "Draft genome sequence of eggplant (Solanum melongena L.): the representative solanum species indigenous to the old world." DNA Res 21(6): 649-660.

撰稿：动植物大项目部

编辑：市场部

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