宿主基因組-微生物關(guān)聯(lián)（mGWAS）新思路！
動植物表型與基因型密切相關(guān)，全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)被廣泛用于分析表型變異的遺傳基礎(chǔ)，GWAS利用全基因組范圍內(nèi)群體中高密度的分子標(biāo)記，鑒定與復(fù)雜性狀表型變異相關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記，進(jìn)而挖掘與表型相關(guān)基因。然而表型性狀并不是僅由基因型決定的，也會受到宿主本身微生物環(huán)境的影響。微生物群落組成和豐度是能夠被宿主遺傳物質(zhì)所調(diào)控的，微生物群落和宿主基因型共同調(diào)控宿主的表型性狀。
將GWAS與微生物群落進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析即mGWAS(microbiome Genome-Wide Association Study)。mGWAS是以微生物群落的數(shù)據(jù)作為表型，與基因組SNP數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，幫助人們更好地理解宿主和微生物以及表型性狀之間的相互作用，以及遺傳因素對微生物群落的影響。微生物組全基因組關(guān)聯(lián)研究(mGWAS)已經(jīng)用于闡明宿主遺傳變異與人類腸道的關(guān)系以及擬南芥與其微生物組的相互作用。
接下來和小編一起來看幾篇文獻(xiàn)，了解一下mGWAS的應(yīng)用吧！
案例一
中文題目：番茄根際微生物組的遺傳基礎(chǔ)解析[2
]期刊：Nature Communications
影響因子：17.694
發(fā)表時間：2022
DOI：10.1038/s41467-022-30849-9
研究通過由100個品系組成的F8 重組自交系（RIL）群體構(gòu)建了番茄高密度基因組圖譜，通過對RIL群體溫室盆栽實驗，收集番茄根際土壤，開展擴(kuò)增子、宏基因組、宏基因組binning以及宏基因組SNV檢測，將獲得的微生物ASV、contigs、高質(zhì)量MAGs以及SNV等分類特征和功能特征作為數(shù)量性狀，映射到野生番茄和現(xiàn)代番茄品種雜交的重組自交系（RILs）種群高密度圖譜，明確番茄進(jìn)化過程中根際微生物的組裝機(jī)制。為“植物-微生物組育種”提供了理論依據(jù)。
案例二
中文題目：ABO基因型通過調(diào)節(jié)豬的N-乙酰半乳糖胺水平改變腸道微生物群[3]
期刊：Nature
影響因子：64.8
發(fā)表時間：2022
DOI：10.1038/s41586-022-04769-z
以不同世代的1500多個個體為研究對象進(jìn)行多組學(xué)研究。16S rRNA測序發(fā)現(xiàn)微生物群組成和特定分類群的豐度是可遺傳的。將全基因組重測序鑒定到3000多萬個宿主基因組變異與微生物分類進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析（mGWAS），鑒定到影響豬ABO血型的一個基因缺失導(dǎo)致其腸道中丹毒絲菌科細(xì)菌的豐度差異。全長基因組及轉(zhuǎn)錄組測序進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ABO血型基因通過影響腸道中N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）濃度從而影響丹毒絲菌科細(xì)菌的豐度。在小鼠模型中，研究發(fā)現(xiàn)受ABO血型影響的丹毒絲菌科菌株具有更完整的GalNAc轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝通路，GalNAc會顯著影響腸道中丹毒絲菌科相關(guān)細(xì)菌的豐度。本研究有力證明宿主遺傳會影響腸道菌群的組成和豐度。
案例三
中文題目：基于谷子中基因型依賴的微生物效應(yīng)，mGWAS提供精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)見解[4]
期刊：Nature Communications
影響因子：16.6
發(fā)表時間：2022
DOI：10.1038/s41467-022-33238-4
本研究通過綜合 GWAS、微生物組全基因組關(guān)聯(lián)研究以及微生物組全基因組關(guān)聯(lián)研究 (mGWAS) 方法揭示了不同谷子品種的基因型、表型和根際微生物群變量之間的關(guān)聯(lián)。研究鑒定了 257 個與六個關(guān)鍵農(nóng)藝性狀相關(guān)的根際微生物生物標(biāo)志物，使用從田間分離的標(biāo)志物菌株驗證了微生物介導(dǎo)的對谷子生長的影響。根際微生物群組成主要由與免疫、代謝物、激素信號和養(yǎng)分吸收相關(guān)的植物基因的變化驅(qū)動，揭示了有助于表型可塑性的植物基因型-微生物群相互作用網(wǎng)絡(luò)。宿主基因型通過影響微生物進(jìn)而對谷子生長造成影響，這表明精確的微生物組管理可用于在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中設(shè)計高產(chǎn)品種。
參考文獻(xiàn)
[1]?An overview of host‐derived molecules that interactwith gut microbiota.iMeta,2022.
[2]?Disentangling the genetic basis of rhizosphere?microbiome assembly in tomato.Nature Communications,2022.[3]?ABO?genotype alters the gut microbiota by regulating GalNAc levels in pigs.Nature,2022.[4]?GWAS, MWAS and mGWAS provide insights?into precision agriculture based on?genotype-dependent microbial effects in?foxtail millet.Nature Communications,2022.
