近年来，随着各类植物参考基因组的陆续破译，植物群体遗传学研究也迈入飞速发展阶段。
全基因组关联分析（GWAS）是群体遗传学研究的常用手段。它利用全基因组水平高密度遗传标记，识别与目标性状显著相关的基因位点，挖掘与重要性状关联的基因，助力植物育种改良。
虽然，近些年测序成本显著下降，但是对于很多大基因组植物来说，GWAS研究仍然具有较高的研究成本。例如，辣椒作为重要的作物，在农业、经济和食品工业中具有重要地位。然而，辣椒的参考基因组超过3 Gb，是其他常见茄科蔬菜如番茄、马铃薯基因组的3至4倍，这也导致辣椒GWAS研究成本高昂。因此，如何在获取全基因组水平分子标记的同时降低测序成本，是植物育种改良的关键。
然而，鱼和熊掌可以兼得吗？
针对全基因组重测序成本高昂的问题，多种成本低廉的基因分型方法被相继开发并应用。其中，低深度全基因组重测序（Low coverage whole genome sequencing，LcWGS）通过降低测序深度实现大幅降低测序成本，后续通过基因型填充获得接近于高深度测序水平的全基因组高密度SNP。LcWGS兼具经济与准确性，尤其适用于大基因组植物的群体遗传学研究。
图 部分大基因组植物统计
LcWGS近年来在高水平科学研究中得到了广泛应用。在大幅度降低测序成本的同时为大规模样本的遗传学研究提供有力的数据支持。以下是几个具体的研究实例，展示了LcWGS在不同领域中的实际应用。
发表在Science（IF 44.7）上的一篇关于珊瑚保护的文章中，对193个珊瑚样本进行了平均约1.5X的LcWGS，并通过44个样本的高深度重测序构建参考面板对LcWGS数据进行了填充，最终获取到共约680万个位点进行GWAS分析[1]。
图 珊瑚白化性状曼哈顿图
发表在Molecular Plant（IF 17.1）上的一篇关于水稻驯化研究中，对203个水稻品种进行了平均深度1.5X的LcWGS，填充后进行GWAS分析识别了与直链淀粉含量、种子长度和颖壳颜色相关的主效位点[2]。
图 水稻农艺性状曼哈顿图和Q_Q图
发表在Nature Communications（IF14.7）上的一篇关于辣椒驯化研究的文章，对1296个辣椒品系进行了1X LcWGS，构建了一个包含500个品系的核心集合，捕获了约97.5%的遗传多样性[3]。
图 辣椒果实性状曼哈顿图
格致博雅提供完善的一整套基于LcWGS的植物GWAS定制化解决方案：
（1）首先基于1X LcWGS数据进行群体结构分析；
（2）然后根据群体结构分析结果，选取各分群中代表性个体进行高深度测序，用于构建基因型参考面板
（3）最后基于参考面板对1X LcWGS数据进行填充，GWAS分析。
全流程有以下几点需关注：
（1）要点1：获取覆盖度较高且均匀覆盖的1X重测序数据。格致博雅基于数百例样本建库测试结果，确定最优建库方案，确保1X重测序数据的覆盖度，均一性和准确性。
（2）要点2：构建高质量参考面板。根据多个大基因组物种的经验，格致博雅推荐首先对1X LcWGS数据进行群体结构分析，根据分析结果选取代表性个体进行高深度测序，用于构建参考面板。
图 群体结构分析示意图[4]
如示意图，每个颜色代表不同的群体，则在每个群体中分别选择一定数量的代表物种进行高深度测序。构建参考面板策略如表格所示。
（3）要点3：准确高效的基因型填充流程。格致博雅一键式填充流程，基于精准高效的GPU处理策略，使得分析效率比传统提升 100 倍。
展望
通过相关文献统计不难看出，截至目前，已有参考基因组的植物中尚有大多数植物未进行全基因组重测序的研究[5-6]。这一现状提示我们，尽管植物基因组测序研究取得了显著进展，但仍有广阔的探索空间和需求。LcWGS的出现，有望助力更多植物物种进行群体层面的研究，以深入探索植物的遗传多样性、适应性和进化机制，提高目标性状聚合的精准度，加快作物育种进程。
【参考文献】
【1】Fuller ZL, Mocellin VJL, Morris LA, et al. Population genetics of the coral Acropora millepora: Toward genomic prediction of bleaching. Science. 2020;369(6501):eaba4674. doi:10.1126/science.aba4674
【2】Wang H, Xu X, Vieira FG, et al. The Power of Inbreeding: NGS-Based GWAS of Rice Reveals Convergent Evolution during Rice Domestication. Mol Plant. 2016;9(7):975-985. doi:10.1016/j.molp.2016.04.018
【3】Liu F, Zhao J, Sun H, et al. Genomes of cultivated and wild Capsicum species provide insights into pepper domestication and population differentiation. Nat Commun. 2023;14(1):5487. Published 2023 Sep 7. doi:10.1038/s41467-023-41251-4
【4】Jia P, Nurziya Y, Luo Y, et al. Evolution and Genetic Differentiation of Pleurotus tuoliensis in Xinjiang, China, Based on Population Genomics[J]. Journal of Fungi, 2024, 10(7): 472.
【5】Xie L, Gong X, Yang K, et al. Technology-enabled great leap in deciphering plant genomes.Nat Plants. 2024;10(4):551-566. doi:10.1038/s41477-024-01655-6
【6】Song B, Ning W, Wei D, et al. Plant genome resequencing and population genomics: Current status and future prospects.Mol Plant. 2023;16(8):1252-1268. doi:10.1016/j.molp.2023.07.009
