低カバー率全ゲノムシークエンシングに基づく多様なLiriodendron chinense生殖系における核内SSRおよび葉緑体ゲノムマーカーの開発

Development of nuclear SSR and chloroplast genome markers in diverse Liriodendron chinense germplasm based on low-coverage whole genome sequencing.

• Bin Li
• Furong Lin
• Ping Huang
• Wenying Guo
• Yongqi Zheng

抄録

背景:

本研究の目的は、Liriodendron chinenseの遺伝学的研究のために、核内SSR（単純配列リピート）と複数の葉緑体ゲノムマーカーを開発し、多様な生殖系における特徴を明らかにすることである。

BACKGROUND: Liriodendron chinense ranges widely in subtropical China and northern Vietnam; however, it inhabits several small, isolated populations and is now an endangered species due to its limited seed production. The objective of this study was to develop a set of nuclear SSR (simple sequence repeats) and multiple chloroplast genome markers for genetic studies in L. chinense and their characterization in diverse germplasm.

結果:

4つの遺伝子型のL. chinenseの全ゲノムシークエンシングを低カバー率で行い、葉緑体ゲノムを構築し、コンティグ内のSSRモチーフを検索して核内SSR遺伝子座を同定した。シネンセの4つの葉緑体ゲノムを比較解析したところ、45のSNP、17のインデル、49の多型SSR座、5つの小さな反転が確認された。葉緑体の非特異的多型の多くは、シングルコピー領域の間隙に位置していた。低カバー率の全ゲノム配列から合計6147個のSSRマーカーが単離された。最も一般的なSSRモチーフはジヌクレオチド（70.09％）、次いでトリヌクレオチドモチーフ（23.10％）であった。AG/TCモチーフ（33.51％）が最も多く、次いでTC/AGモチーフ（25.53％）であった。13個のSSRプライマーの組み合わせのセットを、増幅およびL. chinenseの個体109個のセットにおける多型を検出する能力について試験した（明確な品種または生殖形質を代表する）。各遺伝子座あたりの対立遺伝子数は8から28までの範囲で、平均21の対立遺伝子数であった。期待されるヘテロ接合性（H）は0.19〜0.93、観察されたヘテロ接合性（H）は0.11〜0.79であった。

RESULTS: We performed low-coverage whole genome sequencing of the L. chinense from four genotypes, assembled the chloroplast genome and identified nuclear SSR loci by searching in contigs for SSR motifs. Comparative analysis of the four chloroplast genomes of L. chinense revealed 45 SNPs, 17 indels, 49 polymorphic SSR loci, and five small inversions. Most chloroplast intraspecific polymorphisms were located in the interspaces of single-copy regions. In total, 6147 SSR markers were isolated from low-coverage whole genome sequences. The most common SSR motifs were dinucleotide (70.09%), followed by trinucleotide motifs (23.10%). The motif AG/TC (33.51%) was the most abundant, followed by TC/AG (25.53%). A set of 13 SSR primer combinations were tested for amplification and their ability to detect polymorphisms in a set of 109 L. chinense individuals, representing distinct varieties or germplasm. The number of alleles per locus ranged from 8 to 28 with an average of 21 alleles. The expected heterozygosity (H) varied from 0.19 to 0.93 and the observed heterozygosity (H) ranged from 0.11 to 0.79.

結論:

本研究で特徴づけられ、試験された遺伝資源は、将来の遺伝学的研究や育種プログラムのために、L. chinenseの多型を検出するための貴重なツールを提供する。

CONCLUSIONS: The genetic resources characterized and tested in this study provide a valuable tool to detect polymorphisms in L. chinense for future genetic studies and breeding programs.