近日,学院油菜分子育种团队在Horticulture Research上在线发表了题为“Hastat: Mining Favorable Haplotypes of Trait-Associated Genes for Breeding Improvement in Natural Populations”的研究论文,该研究开发了一款基于Python语言的综合性基因优异单倍型挖掘工具Hastat (https://github.com/swu1019lab/hastat),同时也提供了在线分析平台 (https://brassicaibd.cn/analysis/haplotype),将在未来的群体遗传分析和基因组设计育种中发挥重要价值。
Hastat采用了模块化设计,包含分析(View)、统计(Stat)、网络(Network)和绘图(Plot)四个模块,使用户能够快速获得基因区域的单倍型和选择信号信息的同时,还能进一步完成单倍型网络的深入探索和高质量的可视化输出。为了全方位验证 Hastat 工具的解析能力与稳健性,研究团队整合了来自全球的 1,662份 甘蓝型油菜重测序种质资源,利用 DeepVariant 高精度检测并过滤构建了两个大型变异数据集(BnaWGS-1007 和 BnaWGS-655),并利用Hastat深入解析了两个控制开花时间的关键基因: BnFT.A02和BnFLC.A10。在选择机制上,两者展现了截然不同的进化命运,BnFT.A02 区域表现为高核苷酸多样性的平衡选择 (Balancing selection),保留了适应性灵活性;而 BnFLC.A10 则在启动子及编码区检测到了强烈的人工选择信号(Selective Sweep)。进一步的单倍型网络分析重现了油菜从欧洲冬型向中国半冬型及春型生态型驯化的历史轨迹:在这一过程中,以冬型为主的BnFT.A02 晚花单倍型(Hap1,约180天开花)频率逐渐降低;相反,携带自然变异的 BnFLC.A10 早花优异单倍型(Hap1, Hap4, Hap6,约165天开花)在半冬性群体中被显著富集。这一选择过程极大地促进了如“中双11号”等现代半冬型品种的形成,充分展示了Hastat在解析重要性状演化机制中的强大效能。
图1 Hastat 的开发流程与模块化设计以及应用
团队博士研究生黎小东为该论文的第一作者,学院卢坤教授为通讯作者,学院宋佳明教授给予了重要指导。该研究得到了国家重点研发计划 (2022YFD1200400)、国家自然科学基金 (32272111) 以及生物育种重大项目 (2022ZD04008) 等项目的资助。
论文连接:https://doi.org/10.1093/hr/uhag018