Génotypage par séquençage fondé sur l’haplotype dans des travaux de recherche sur le génome de l’avoine
Citation
Bekele WA, Wight CP, Chao S, Howarth CJ, Tinker NA (2018) Haplotype based genotyping-by-sequencing in oat genome research. Plant Biotechnology Journal (accepted with minor revisions)
Résumé en langage clair
Cette publication fournit une évaluation en profondeur de nouveaux logiciels et d’approches à l’analyse de données génomiques à l’aide d’un grand ensemble de données sur l’avoine cultivée. L’avoine est une culture céréalière importante qui est utilisée comme aliment destiné aux humains ou aux animaux dans de nombreuses parties du monde. Les sélectionneurs d’avoine recherchent des façons d’accélérer leur programme de sélection. Les outils fondés sur les séquences d’ADN sont utilisés pour rechercher les variétés candidates ou partenaires de croisement en vue d’une sélection végétale ou animale. Actuellement, le séquençage ou le reséquençage d’un génome d’envergure fortement dupliqué comme celui de l’avoine est impossible. Par conséquent, nous avons utilisé une méthode appelée génotypage par séquence, au cours de laquelle une petite proportion reproductible du génome (< 1 %), contenant de nombreux petits fragments pangénomiques, a été reséquencée pour chacun des échantillons génétiques. Ces courtes séquences ont été alignées et comparées à l’aide du logiciel Haplotag, qui a été mis au point pour relever les marqueurs génétiques uniques et individuels provenant d’un génome dupliqué sans l’aide d’un génome entièrement séquencé. Nous avons utilisé ce logiciel pour analyser 241 224 variantes de séquences et pour obtenir le profil génétique de plus de 4 600 lignées d’avoine cultivée. Nous avons alors inféré la position génétique de plus de 70 000 variantes, ce qui a permis d’obtenir une cartographie chromosomique plus dense du génome de l’avoine. En analysant des dizaines de milliers de variantes de séquences de lignées de grande culture élite, nous avons établi les régions génomiques qui régulent la date de l’épiaison, tout en comparant trois différentes approches statistiques utilisées pour cette analyse. En outre, nous nous sommes servi de ces variantes pour prédire le rendement des lignées d’avoine d’après un procédé statistique appelé sélection génomique. Par ces résultats, nous avons montré une application pratique du génotypage par séquençage et nous avons fourni d’autres bases et des directives permettant d’optimiser son utilisation dans l’analyse du génome et la mise au point de variétés.
Résumé
Dans une analyse de novo de génotypage par séquençage d’haplotypes courts de 64 bases dans des marqueurs chez 4 657 obtentions d’avoine cultivée, nous avons découvert 164 741 variantes génétiques au niveau des marqueurs contenant 241 224 SNP. À partir de ce matériel, la densité des marqueurs d’une cartographie par consensus de l’avoine a été augmentée par l’ajout de plus de 70 000 loci. Les génotypes cartographiés au niveau des marqueurs d’un panel de 635 lignées ont servi à obtenir la cartographie des haplotypes au niveau des chromosomes. Ces cartographies ont révélé des différences dans le nombre et la taille des blocs d’haplotypes, ainsi que des différences dans la diversité des haplotypes entre chromosomes et sous‑ensembles du panel de diversité. Nous avons alors exploré les avantages potentiels du génotypage par séquençage des variantes par SNP par rapport à l’analyse au niveau des marqueurs et au niveau des chromosomes pour obtenir une cartographie, l’analyse à haute résolution du génome et la sélection génomique dans l’avoine. Une étude combinée par association pangénomique de la date de l’épiaison à différents endroits à l’aide des haplotypes au niveau des marqueurs et les marqueurs SNP individuels a permis d’identifier 184 associations importantes. Une analyse par association pangénomique comparative à l’aide des haplotypes au niveau des marqueurs, de blocs d’haplotypes au niveau des chromosomes et de leurs combinaisons a montré la supériorité du recours aux marqueurs haplotypes au niveau des marqueurs. À l’aide d’un balayage pangénomique fondé sur les composantes principales, des régions génomiques contenant les signatures de sélection ont été identifiées. Ces régions pourraient contenir des gènes responsables de l’adaptation locale de l’avoine aux conditions de l’Amérique du Nord. La sélection génomique du moment de l’épiaison à l’aide d’haplotypes au niveau des marqueurs ou de marqueurs SNP a donné des prédictions comparables et prometteuses dont l’exactitude pouvait aller jusqu’à r = 0,74. La sélection génomique réalisée à l’aide d’une calibration indépendante et d’une population à l’essai pour obtenir la date de l’épiaison a donné des prédictions prometteuses pour ce qui est de l’exactitude, qui variait entre r = 0,42 et 0,67. En conclusion, les haplotypes de marqueurs obtenus par génotypage par séquençage facilitent l’analyse du génome et la sélection génomique chez l’avoine.