优化商业 SNP 阵列并构建高效花生 10K 基因分型面板：推动花生遗传研究与育种新进展

《Scientific Reports》：Optimization of commercial SNP arrays and the generation of a high-efficiency GenoBaits Peanut 10K panel

为解决花生遗传分析面板的不足，研究人员优化 SNP 面板，构建出高效的 GenoBaits Peanut 10K 面板，助力花生育种。

　　花生，作为全球超 100 个国家广泛种植的重要农产品，富含蛋白质、油脂、维生素及矿物质，是人类宝贵的能量来源。随着亚洲和非洲人口的快速增长，对花生的需求持续攀升。然而，栽培花生是异源四倍体（2n = 4x = 40），由 Arachis duranensis（A 亚基因组）和 Arachis ipaensis（B 亚基因组）杂交而来，基因组重复率超 60%，这导致其遗传多样性较低，给花生的遗传研究和育种工作带来了巨大挑战。

为了攻克这些难题，来自石家庄的研究人员展开了深入研究。他们的目标是创建一个更全面的花生遗传分析面板，通过对三个高密度 SNP 面板进行优化，构建出了高效的 GenoBaits Peanut 10K 面板（PHR0301_Ah10K）。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为花生的遗传研究和育种开辟了新道路。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们从 48 个花生重组自交系（RILs）中提取基因组 DNA，利用 Polysaccharide - Polyphenol Plant Genomic DNA Extraction Kit 进行提取，并通过 1% 琼脂糖凝胶电泳和 Qubit 检测其纯度、完整性及浓度。接着，使用 DNA Library Prep Kit for ILM 制备 DNA 文库，将基因组 DNA 片段化至 200 - 500 碱基对（bp）。然后，利用基于不同参考基因组的花生 40K 和 50K SNP 面板进行杂交捕获，在 Illumina Hiseq X Ten PE150 测序仪上进行 100 倍深度测序。测序数据经过 FASTQ 软件过滤、BWA 比对、SAMTools 转换和 Picard 工具去除重复等处理后，运用 Genome Analysis Toolkit（GATK）识别单核苷酸多态性（SNP）。此外，还采用了邻接法（neighbor - joining method）构建系统发育树，运用主成分分析（PCA）、连锁不平衡（LD）分析和亲属关系分析等方法对遗传多样性进行评估 。

研究结果如下：

1. GBTS 分析与 SNP 筛选：研究人员对三个商业 SNP 面板（Arachis_hy01、Arachis_hy02 和 Arachis_hy03）进行 GBTS 测序评估。结果显示，Arachis_hy03 在商业面板中得分最高，但新构建的 PHR0301_Ah10K 面板在测序数据性能（SDP）上表现更优，其平均干净碱基对为 3,229,963.29 bp，映射率达 0.99，均匀度 20 为 0.99，均匀度 50 为 0.85，靶向率为 0.59，捕获效率为 65.64%。从三个商业面板的序列数据中筛选出 MAF > 0.05 的 SNP，经实验验证和严格筛选，最终确定了 10,000 个 SNP，构建成 PHR0301_Ah10K 面板。
2. SNP 的染色体分布：对各面板的 SNP 进行染色体分布分析发现，Arachis_hy01、Arachis_hy02 和 Arachis_hy03 面板的 SNP 在基因组上呈高密度分布，而 PHR0301_Ah10K 面板的 SNP 分布相对稀疏，但在 MAF > 0.2 的高 MAF SNP 比例上，PHR0301_Ah10K 面板在每条染色体上均超过其他面板，其 MAF > 5%、MAF > 10% 和 MAF > 20% 的 SNP 比例分别为 99.53%、96.48% 和 59.72%，这表明该面板具有更高的信息性。
3. 遗传多样性分析：通过对 PIC、Ao、Ae、Ho 和 He 这五个关键参数的分析，发现 PHR0301_Ah10K 面板在各项参数上均优于三个商业 SNP 面板。其平均 PIC 值为 0.26，而 Arachis_hy01 的平均 PIC 值仅为 0.11。不过，四个面板的 Ho 值均为 0，表明花生样本间的遗传多样性较低。进一步的群体结构、系统发育、PCA、LD 和亲属关系分析也证实了样本间遗传关系紧密。
4. 面板的有效性和独特性：成本效益分析显示，使用 PHR0301_Ah10K 面板进行 GBTS 分析的成本为每个样本 60 元人民币（8.39 美元），低于其他商业面板。此外，该面板还包含与高油酸（OA）含量相关的功能 SNP 位点，通过对两个代表性花生品种的 GBTS 和 KASP 检测验证，发现这些 SNP 位点与 OA 含量密切相关，可用于高油酸花生的标记辅助育种。

研究结论和讨论部分指出，研究人员成功优化了商业 SNP 面板，构建出的 PHR0301_Ah10K 面板在 GBTS 分析中展现出卓越的测序数据性能，且具有较高的信息性和成本效益。尽管各面板的 PIC 值相对较低，反映出样本的遗传多样性有限，但这也为筛选高多态性 SNP 面板提供了参考。PHR0301_Ah10K 面板可作为桥梁面板，替代现有商业 SNP 面板用于花生基因分型和多种遗传分析，尤其是在高油酸花生的育种方面具有巨大潜力。该研究成果为花生的遗传研究和分子育种提供了有力工具，有望推动花生产业的进一步发展，提高花生的产量和品质，满足不断增长的市场需求。