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背景 1 代谢组学是对生物体代谢产物的分析，研究方式类似于转录组学和蛋白组学。植物代谢的多样性方面非常丰富，拥有超过20w种不同结构的代谢物。代谢特征分析与其他组学工具的整合被证明对于植物的初级和次级代谢中的功能鉴定非常重要。 2 番茄是世界上营养价值最高的水果和蔬菜作物。番茄的品质是整体代谢物的体现，大量量的数据表明，番茄果实代谢物和蛋白质在果实发育期产生了巨大的变化，在成熟期，黄酮和类胡罗卜素开始积累， 而苦配糖生物碱的含量显著降低。 3 代谢组，连锁图谱和基于代谢组学的全基因组关联分析（mGWAS）提供了一种对番茄代谢及其遗传和生化控制的自然变化范围深入的了解。GWAS近来已经被用于绘制重要代谢性状的遗传基因做。 方法 1 在番茄遗传资源中心，美国农业部，佛罗里达大学等地区收集了610份番茄品种，其中包括42个野生番茄种质。所有的番茄均种植在中国农科院蔬菜花卉研究所。 2 对610份番茄材料进行全基因组重测序，测序平台为Hiseq2000，分析软件为SOAP和SOAPsnp，399个品种进行转录组测序，422个品种利用液相色谱-串联质朴进行转录组测序。 结果 1 对610个样品重测序，每个样品测序深度为6.6X，通过与参考基因组的比对覆盖了基因组的97.2%。开发了26M的SNP，在33k的基因上有500k的非同义突变的SNP。 2 对442份番茄进行代谢物定量，利用液相色谱和串联质朴的方法鉴定了980种不同的分析物质，包括362份注释代谢物。通过主成分分析所有的代谢物数据显示，三个亚组（PIM，CER和BIG）形成了独立的族群，与利用SNP进行系统发育分析的结果基本一致。对399份橙色阶段的果皮转录组进行测序，在RNA测序中检测到了30k的基因表达，其中有556个基因在亚组之间有显著差异，确定了31个高度相关的表达模块。 3 对SNP进行筛选，MAF0.05，miss<> 3 对399个转录组样品选择2M的SNP进行表达分析，分析基因组多态性与基因表达之间的关系，检测到了43W的SNP与3465个基因相关的SNP，确定了2566个顺式eQTL和93587个反式eQTL。同时，我们也鉴定了820种化学物质和9150个基因之间的相关性，mGWAS和eQTL重叠区域共产生了133461个三元关系，包括371个代谢物 ，970个SNP和535个基因。 4 利用SNP分析野生番茄到驯化番茄再到大果番茄的过程，其中鉴定了168个驯化信号和151次改良信号。在野生到驯化番茄的过程中，有389个代谢物显著不同，而在驯化番茄到大果番茄的过程中，有614个代谢物显著不同。表明改良期间代谢物含量的影响要大于驯化阶段。构建两个群体，分别为野生和驯化的杂交和驯化到大果的杂交F2群体，分别500个样品，对代谢物组分进行分析， 30％（116/389）的代谢物改变与驯化有关，28.0％（172/614）的代谢产物CER和BIG与改良有关。 4 三个果实重量相关的基因fw2.2，fw3.2和fw11.3已经被克隆了，相应的更大的果实等位基因几乎完全固定在BIG组。所有这三个基因都经历过选择，在这些区域中一共有51个代谢物，利用mGWAS分析也同时在这些区域中确定了47个代谢信号。由于更多的mGWAS信号定位在了fw11.3上，我们预计它会引起更大数量的代谢变化，生成了两组具有fw11.3不同等位基因的近等基因系。经过研究表明，两个品系之间果重有显著差异，而代谢物差异不大，由此，fw11.3并不直接负责改变代谢物水平，而可能是由于与fw11.3最近的基因引起。 5 甾体生物碱（SGA）具有强大的抗性，保护植物免受掠食者的侵害。但是在植物中被认为是抗营养的。在文章分析的代谢物中，有46个是SGA。通过组间比较，发现只有一个SGA是在驯化过程中增加，其余均是显著下降的。mGWAS和基因组的选择分析使我们能够确定SGA是如何被驯化的。mGWAS确定了7个主要的信号，分别为44个SGA，其中一大部分的信号与驯化和改良相关的区域。 6 经过驯化和改良之后，育种者开始根据个人的喜好，用法和当地的气候培育不同类型的番茄。栽培番茄可以将新鲜市场和加工市场两种，粉红番茄在新鲜的市场中比较受欢迎。SlMYB12作为主要集线器，对番茄果实代谢的基因会对产生重大影响的，可能会影响水果的质量。 |
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