甜瓜SLAF图谱构建及果实相关性状QTL分析

【目的】通过对甜瓜果实相关性状进行QTL定位及候选基因分析,为甜瓜品质育种及基因挖掘与功能验证提供理论基础。【方法】利用薄皮甜瓜1244为母本、厚皮甜瓜M5为父本配置杂交组合,结合SFLA测序技术开发分子标签,构建高密度遗传图谱,以F_2:3表型数据为基础,采用Mapqtl进行QTL定位分析。【结果】获得了380 446 Mreads（83.12 Gb）数据,测序平均Q30为93.59%,平均GC含量为36.87%;开发了112 844个SLAF标签,3 274 879个SNP;构建了12个连锁群,共计10 596个上图标记,总图距为1 383.88 cM,标记间平均距离为0.13 cM,上图标记完整度平均为99.92%。将控制甜瓜果面沟性状基因（fst）定位在第11条染色体末端Marker 1993423（62.18）—Marker 1998820（63.05）,覆盖基因组0.72 Mb,包含33个候选基因;控制甜瓜果皮花纹基因（fpp）定位在第2条染色体Marker 459584（90.91）—Marker 459446（90.91）,覆盖基因组0.08 Mb,包含5个候选基因,其中MELO3C026292（1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶）可能为控制果皮花纹的候选基因;同时检测到甜瓜果皮底色1个QTL位点fpc,位于第7条染色体Marker 1229174（7.14）—Marker 1229973（7.14）,贡献率为9.9%;检测到果型指数1个QTL位点fs9.1,位于第9条染色体Marker 1705671（76.19）—Marker 1705915（79.23）,贡献率为7.6%;在第1、2、6、7、10染色体检测到单果重相关6个QTL位点（sfw1.1、sfw2.1、sfw2.2、sfw6.1、sfw7.1、sfw10.1）,贡献率在3.1%—17.0%,LOD值介于3.0—5.6。【结论】将甜瓜果面沟、果皮花纹基因分别定位在第11和第2条染色体,分别获得33个和5个候选基因;检测到1个果皮底色QTL位点、1个果型指数QTL位点和6个单果重QTL位点。     

基于SLAF-seq技术鉴定苹果砧木耐涝候选基因

【背景】苹果（Malus×domestica Borkh）是我国主要栽培果树树种之一,但部分苹果产区由于夏、秋季的大量集中降雨和排水不良等造成果园涝害频繁发生,导致苹果树叶片黄化、脱落,果实品质和产量下降。【目的】鉴定苹果耐涝相关基因,为苹果耐涝分子标记辅助育种和优质高产栽培提供依据。【方法】以耐涝苹果砧木G41和不耐涝苹果砧木新疆野苹果（M. sieverii (Ledeb) Roem.）及其构建的包含495个F₁杂交后代为材料,从F₁杂交群体中挑选出耐涝和不耐涝株系各50株,构建两个极端性状DNA混池,采用简化基因组测序（SLAF-seq）技术,开发SLAF标签和SNP标记,结合苹果基因组信息和遗传关联性分析,对苹果耐涝基因进行定位及候选基因预测,并对候选基因在耐涝差异的株系中进行淹水胁迫下的表达分析。【结果】以‘金冠’苹果为参考基因组,共开发119 072个SLAF标签,其中多态性SLAF有11 133个。通过序列分析和检测SNP位点,共获得6 237 071个SNP,其中高质量SNP有170 617个。通过ED和SNP-index方法关联分析,获得一个与耐涝性状紧密关联的候选区域,位于苹果第10号染色体1.94—3.25 Mb,关联区域大小为1.31 Mb,关联区域内包含120个基因。对该区域内基因进行功能注释,发现一个与呼吸代谢相关的基因—乙醇脱氢酶基因ADH1（MD10G1014500）,在淹水处理后1、2、4和6 d,该基因在耐涝植株中的表达量显著高于不耐涝植株。【结论】将苹果耐涝基因定位于第10号染色体1.94—3.25 Mb处,筛选到可能与苹果耐涝相关的候选基因MD10G1014500,可用于苹果耐涝基因的克隆和功能解析。     

黄瓜单性结实性状遗传与QTL定位

【目的】单性结实性是影响设施黄瓜产量和品质的重要性状。深入解析黄瓜单性结实性状遗传规律并对其进行QTL定位,有助于提高设施专用黄瓜品种育种效率。【方法】以强单性结实自交系‘6457’和弱单性结实自交系‘6426’构建的重组自交系F_2:8为材料,基于3年表型数据,采用黄瓜基因组测序SSR分子标记构建黄瓜遗传连锁图谱,结合QTL-Seq分析,对黄瓜单性结实性进行QTL定位。【结果】黄瓜单性结实性状符合数量遗传特征。利用SSR标记构建了1张包含11个连锁群的遗传图谱,覆盖基因组555.0 cM,平均图距为6.8 cM。2016—2018年春季在3号染色体上均检测到1个与黄瓜单性结实性相关的QTL位点,位于标记SSR19430和SSR15419之间（3.33—5.57 Mb）,遗传距离6.6 cM,贡献率分别为11%、12.5%和6.3%。进一步进行QTL-Seq分析,发现4个与黄瓜单性结实性相关的QTL,分别位于1号（4.38—11.00 Mb）、3号（2.24—10.66 Mb）、6号（15.67—17.93 Mb,26.33—27.49 Mb）染色体上。其中在3号染色体上检测到的QTL与Map QTL所得的QTL区间重叠。推测Csa3G047740、Csa3G073810、Csa3G043910和Csa6G362930为与黄瓜单性结实性状相关的候选基因。【结论】分别在1、3、6号染色体上检测到4个与黄瓜单性结实性相关的QTL位点,其中3号染色体上的QTL年度间稳定,贡献率较高。     

基于图像分析的玉米抗拟轮枝镰孢穗腐病的QTL定位

【目的】玉米穗腐病是一种在全世界广泛发生且危害严重的真菌性病害,其中,拟轮枝镰孢引起的穗腐病（Fusarium ear rot,FER）在中国发生最为普遍。通过图像分析方法进行FER抗病QTL定位,并对前期通过病害评级方法定位的FER抗病QTL进行验证,探索一种新的玉米穗腐病的病害鉴定方法,为玉米穗腐病的遗传改良提供依据。【方法】利用高感FER的自交系（ZW18）分别与3个高抗自交系（承351、丹598和吉V203）构建F₂群体（F₂-C、F₂-D和F₂-J）和相应的F_2﹕3家系,通过图像分析的方法获得每个F_2﹕3家系的果穗病斑百分比,进而定位玉米FER抗病QTL。【结果】3个群体共定位到18个FER抗病QTL,其中,分别位于2.02—2.03 bins、4.06—4.07 bins和8.06 bin上的3个QTL（qRf2、qRf3和qRf4）可解释的表型变异率分别高达21.80%、25.80%和27.40%。F₂-J群体的qRf11与F₂-C群体的qRf1和F₂-D群体的qRf6在第1染色体均有重叠区间,可解释的表型变异率达到16.50%。来自F₂-D群体的qRf9与F₂-J群体的qRf16在第8染色体8.05 bin有重叠区间,且抗性基因均来源于抗性亲本。F₂-C群体的qRf3与F₂-J群体的qRf15在第4染色体4.06—4.07 bins有重叠区间。另外,与之前通过病害评级方法定位的结果相比,qRf1、qRf6和qRf11在1.06—1.07 bins与评级方法定位的抗病位点qRfer13重合,qRf3和qRf15在4.06—4.07 bins与评级方法定位的抗病位点qRfer3和qRfer17重叠,qRf7与qRfer6在2.04 bin的定位区间完全重合,qRf17与qRfer20在S2重复中定位到9.03—9.05 bins的重叠区间,且来源于相同的抗源。【结论】定位到18个FER抗性位点,其中,位于1.04—1.07 bins、4.06—4.07 bins和8.05 bin上的抗病位点在不同群体中均可以被检测到,位于2.04 bin和9.03—9.05 bins上的抗病位点用不同的检测方法可以被检测到,表明在这些区间可能存在FER的抗性位点。QTL的定位区间在不同群体中的重叠性在一定程度上验证了定位区间的真实性,不同方法之间定位到重叠区间,说明利用图像分析方法定位FER抗病QTL具有一定的准确性。     

谷子生育期及穗相关性状的QTL定位

【目的】谷子生育期及穗部性状是影响谷子品种适应性及产量的关键因素。通过对相关性状进行QTL定位分析,为探明谷子复杂产量性状的分子遗传机制奠定基础。【方法】以优良品种豫谷18和冀谷19为亲本构建的包含400个家系的RIL群体为试验材料,于2018—2019年分别在4个不同环境下调查谷子抽穗期、抽穗-成熟天数、全生育期及穗长、穗粗和单穗重等穗相关性状的表型值。同时,利用已构建的由1 304个bin标记组成的全长为2 196 cM,标记间平均距离为1.68 cM的高密度遗传连锁图谱。采用复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）对生育期及穗部性状进行QTL定位分析,并对所获得的QTL置信区间进行候选基因的预测。【结果】重组自交系群体生育期及穗部性状在4个环境中均表现为连续分布且存在双向超亲分离现象,符合数量性状的遗传特征,适宜进行QTL分析。相关分析表明,谷子抽穗期与全生育期呈极显著正相关,与抽穗-成熟天数呈显著负相关,穗长与穗粗呈显著正相关。共检测到88个与谷子生育期及穗部性状相关的QTL,分布在第1、3、5、6、8和9染色体上。其中45个QTL与抽穗期相关,单个QTL能够解释表型变异的1.61%—27.60%;7个QTL与抽穗-成熟天数相关,单个QTL能够解释表型变异的2.65%—12.14%;20个QTL与全生育期相关,单个QTL能够解释表型变异的1.98%—16.97%;9个QTL与穗长相关,单个QTL能够解释表型变异的3.51%—11.65%;5个QTL与穗粗相关,单个QTL能够解释表型变异的3.74%—8.34%;2个QTL与单穗重相关,单个QTL能够解释表型变异的5.16%—5.20%。本研究共检测到12个主效QTL,其中,qEHD-9-1、qEHD-9-2、qHMD-9-2、qGRP-9-2和qPL-5-1在至少2个环境和BLUP值中被重复检测到。控制生育期的主效QTL（qEHD-9-1、qHMD-9-1、qGRP-9-1）与控制穗长的主效QTL（qPL-9-1）在第9染色体重叠;qEHD-9-2、qHMD-9-3、qGRP-9-2和qPL-9-3也在第9染色体重叠;控制穗长的主效QTL（qPL-5-1）和控制穗粗的QTL（qPD-5-1）在第5染色体重叠。对3个QTL簇的置信区间进行基因注释,筛选出5个与生育期及穗部性状相关的候选基因,其中,2个候选基因在谷子生育期调控和穗部性状发育中均发挥重要作用。【结论】共检测到88个与谷子生育期及穗部性状相关的QTL,12个为主效QTL,其中5个主效QTL在多个环境被重复检测到,且成簇分布。基于基因注释,共筛选了5个与谷子生育期和穗部性状相关的候选基因。     

春小麦籽粒主要品质性状的全基因组关联分析

【目的】挖掘小麦籽粒品质性状显著相关的SNP位点及候选基因,并揭示其遗传机理,为相关基因克隆和分子标记辅助选择提供理论依据。【方法】通过检测298份国内外春小麦品种（系）5个环境下蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、淀粉含量、籽粒硬度、出粉率和容重等7个籽粒品质性状的表型,并结合小麦55K SNP芯片,采用Q+K关联混合模型进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。【结果】外引品种（系）、地方品种（系）和育成品种（系）的7个品质性状在不同环境下的变异系数分别为1.3%—13.4%、1.1%—18.6%和1.0%—13.9%。其中,外引品种（系）的蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值的变异系数均为最高;新疆自育品种的淀粉含量、籽粒硬度和出粉率的变异系数最大,而新疆地方品种的蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、淀粉含量、籽粒硬度和出粉率6个品质性状的变异系数均介于外引品种（系）和新疆自育品种（系）之间。群体结构分析表明,298份小麦品种（系）可分为3个亚群。其中,亚群1包含128份（43.0%）试验材料,主要是来自新疆的地方品种（系）;亚群2包含24份（8.1%）试验材料,主要包括外引品种（系）和新疆地方品种;亚群3包含146份（48.9%）试验材料,主要是外引品种（系）。连锁不平衡分析表明A、B和D基因组及全基因组的LD衰减距离分别为10、10、6和8 Mb,依据全基因组的LD衰减距离,将在物理图谱上前后8 Mb区间内的位点认定为一个候选位点。通过GWAS共检测到85个与7个小麦籽粒品质性状显著关联的稳定位点（P<0.001）贡献率为3.7%—10.9%。在1B、1D、2D、3A、3D、4A、4B、5A、6A、6D、7A和7D染色体上均检测到稳定且同时与多个性状关联的位点。其中,7A染色体上的AX-109452823—AX-110545157同时与蛋白质含量、淀粉含量、湿面筋含量、沉降值、出粉率和籽粒硬度相关,且同时在4个环境中均被检测到。对稳定的位点进行候选基因发掘,筛选到10个可能与小麦籽粒品质相关的候选基因。其中TraesCS4A01G299800（阳离子氨基酸转运蛋白）、TraesCS7A01G059500（色氨酸脱羧酶）、TraesCS7A01G331200和TraesCS7D01G418700（木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶）对调控小麦籽粒氨基酸含量有重要作用。【结论】检测到85个稳定的且与小麦籽粒品质性状关联的位点,并筛选出10个与小麦籽粒品质性状相关的候选基因。     

大豆重组自交系群体异黄酮含量QTL连锁定位与关联定位的比较研究

【目的】异黄酮是大豆等豆类植物中富含的一类次生代谢产物,对食品和保健产业有重要作用。大豆籽粒可分离出12种异黄酮组分,可归为三大类：大豆苷类异黄酮、染料木苷类异黄酮和黄豆苷类异黄酮。通过鉴定大豆籽粒异黄酮总含量及3个组分含量性状的加性及上位性QTL,进而全面解析其复杂的遗传构成。【方法】利用先进2号和赶泰2-2双亲衍生的大豆重组自交系群体NJRSXG,在5个环境下测定4个异黄酮含量性状：异黄酮总含量（total isoflavone content,SIFC）、大豆苷类异黄酮总含量（total daidzin group content,TDC）、染料木苷类异黄酮总含量（total genistin group content,TGC）和黄豆苷类异黄酮总含量（total glycitin group content,TGLC）。选用混合模型复合区间作图法（mixed-model-based composite interval mapping,MCIM）和限制性两阶段多位点全基因组关联分析方法（restricted two-stage multi-locus genome-wide association analysis,RTM-GWAS）进行异黄酮含量QTL检测。【结果】2个亲本在4个异黄酮含量性状上均存在较大差异,重组自交系群体异黄酮含量在高值、低值2个方向上均出现超亲分离,低值方向分离趋势强于高值方向。利用连锁定位MCIM方法共检测到4个异黄酮含量性状的19个加性QTL和16对上位性QTL,分布于15条染色体上。第14染色体重要标记区间GNE186b—Sat020内检测到3个新加性QTL：qSifc-14-1、qTdc-14-2和qTgc-14-1,且表型变异解释率最高。利用关联定位RTM-GWAS方法分别检测到4个异黄酮含量性状的51、66、42和36个关联标记位点,表型变异解释率为39.7%—52.5%,检测到的位点中覆盖了MCIM方法检测的19个加性QTL中的11个以及11个上位性QTL。候选基因分析分别在加性QTL区域和上位性QTL区域检测到93和100个候选基因,富集分析显示在第14染色体重要标记区间GNE186b—Satt020内,Glyma14g33227、Glyma14g33244和Glyma14g33715的功能与异黄酮代谢有关。【结论】连锁定位和关联定位2种方法结合能相对全面地检测异黄酮含量QTL。与连锁定位方法MCIM相比,关联定位方法RTM-GWAS检测的QTL更多,总遗传贡献率更高,但尚不能检测上位性QTL,2种方法定位结果可相互验证补充,大豆籽粒异黄酮含量由大量QTL/基因控制。     

花生每荚种子数相关性状QTL的定位

【目的】花生是重要的油料作物和经济作物,高产一直是花生育种的主要目标,决定产量的因素是单位面积的种子数和仁重。单位面积种子数是种植密度、每株荚数和每荚种子数的乘积。因此,对花生每荚果种子数相关性状进行QTL分析,有助于发掘该性状相关基因/位点,为花生产量相关性状分子育种提供重要的理论依据。【方法】以四粒红×冀农黑3号构建的RIL群体为研究材料,于2018年（E1）和2020年（E2）在河北省保定市河北农业大学清苑试验站（115°30′E,38°40′N）种植鉴定,收获时调查统计单仁果数、双仁果数以及多仁果数表型值,利用河北农业大学花生创新团队实验室构建的高密度遗传图谱,采用QTL Icimapping V4.2中的完备区间作图法对2个环境下的每荚种子数相关性状进行QTL定位与分析。【结果】单仁果率与双仁果率均呈正态分布,多仁果率呈偏正态分布。3个性状的QTL定位分析结果表明,共检测到11个QTL,可解释4.66%—22.34%的表型变异,加性效应为-9.35—9.42。其中,定位到5个多仁果率QTL,可解释3.19%—22.34%的表型变异,有1个QTL的加性效应为负值（-4.77）,来自冀农黑3号,其余4个QTL的加性效应为正值（3.59—9.42）,均来自母本四粒红;定位到2个单仁果率QTL,可解释4.97%—6.43%的表型变异,加性效应均为负值（-4.45和-4.54）,均来自冀农黑3号;定位到4个双仁果率QTL,可解释3.46%—20.87%的表型变异,加性效应均为负值（-9.35—-3.84）,均来自冀农黑3号。这些QTL中,6个为主效QTL,其中,qRMSPA05被重复检测到,且可遗传表型变异为16.58%—17.34%,加性效应为7.69—8.12。【结论】定位6个主效QTL和1个主效稳定的多仁果率QTL,有助于改良花生产量性状,可以作为遗传改良的重要候选区段,用于分子标记辅助选择与精细定位研究。     

利用高密度SNP对猪血糖和糖基化血清蛋白性状的全基因组关联分析

【目的】测定苏太猪和白色杜洛克×二花脸F₂资源家系240 d血糖（glucose,GLU）和糖基化血清蛋白（glycosylated serum proteins,GSP）浓度,采用全基因组关联分析定位影响GLU和GSP的染色体位点,为最终鉴别影响该性状的因果基因奠定基础,同时为人类低血糖症和糖尿病的遗传学研究提供参考。【方法】分别将435头苏太猪和760头白色杜洛克×二花脸F2资源家系F₂个体在相同条件下饲养至240日龄进行统一屠宰,收集血液后分离血清,利用全自动生化分析仪测定GLU和GSP浓度。采集猪只耳组织提取DNA并测定DNA浓度。将质检合格的DNA样品利用Illumina porcine 60K SNP芯片判定基因型。运用PLINK软件对SNP判型结果进行质控,将合格的SNP标记用于后续的关联性分析,利用广义混合线性模型及R语言GenABEL软件包进行全基因组关联分析,定位影响苏太猪和白色杜洛克×二花脸F₂资源家系240 d血清GLU和GSP含量的染色体位点。根据全基因组关联分析结果从Ensembl或NCBI网站上分析可能的位置候选基因。【结果】全基因组关联分析共检测到5个与血清GLU和GSP达染色体显著水平相关的SNP位点。其中白色杜洛克×二花脸F₂资源群体在10号染色体（SSC10）24.67Mb处定位到与血清GSP含量显著相关的SNP（ALGA0057739,P=1.58×10^-5）,解释表型变异为3.72%。苏太猪群体共检测到2个与血清GSP显著相关的SNP（ALGA0108699和DRGA0017552,P=1.45×10^-5）,解释表型变异均为3.72%。使用猪参考基因组序列（10.2版本）,无法定位到具体的染色体位置。通过人、猪比较基因组分析,这两个SNP都位于SSC8,距STPG2基因3’端约180.0-193.0 kb。将两个群体进行Meta分析,未发现新的与GSP显著相关的SNP;在1号染色体250.32Mb处（DRGA0002016,P=2.48×10^-5）和14号染色体43.97Mb处（ASGA0062984,P=1.29×10^-5）,定位到与血清GLU显著相关的SNP。通过搜寻显著相关SNP所在染色体区域内的注释基因,发现ASPM、TRPM3和KCTD10 等基因是影响血清GSP和GLU的重要候选基因。【结论】检测到5个显著影响猪血清GLU和GSP的SNP位点。这些SNP位点所处染色体区域内的ASPM、TRPM3、STPG2和KCTD10基因是影响血清GSP和GLU的重要候选基因。     

苦荞VQ基因家族的全基因组鉴定及其在叶斑病原与激素处理下的表达谱分析

【目的】VQ基因家族在植物生长、发育以及对生物或非生物胁迫反应中发挥重要功能。在全基因组尺度上,全面鉴定苦荞（Fagopyrum tataricum L. Gaertn.）VQ（FtVQ）基因家族,分析其在苦荞叶斑病原——互格链格孢（Alternaria alternata）和黑孢霉（Nigrospora osmanthi）侵染和防御相关激素——水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）、乙烯（ET）处理下的表达模式,为深入解析苦荞VQ基因家族在植物抗病防御中的功能及机理奠定基础,同时为优良基因资源发掘及抗病品种改良提供线索。【方法】基于VQ保守结构域的隐马尔可夫文件（PF05678）,采用HMMER 3.0对苦荞平苦一号基因组数据库进行比对搜索,鉴定VQ基因;通过DNAMAN、MapInspect、MEGA、MEME、OrthoFinder、PLACE等生物信息学工具分析基因结构、染色体分布、启动子顺式元件、蛋白质理化性质、蛋白质保守基序、蛋白质亚细胞定位和蛋白质系统进化关系;采用实时荧光定量PCR（qPCR）方法分析苦荞叶VQ基因在病原侵染或激素处理下的表达模式。【结果】从苦荞基因组中鉴定获得28个VQ基因,大小为566—1 454 bp,均无内含子,不均一地分布在8条染色体上。根据它们在染色体上的物理位置,命名为FtVQ1—FtVQ28。每一个FtVQ蛋白含有1个VQ基序——FxxxVQx（L/F/I/V/A/Y）TG（x代表任意氨基酸）。亚细胞定位预测表明,21个FtVQ蛋白定位在细胞核中,其余定位在叶绿体或细胞质中。根据蛋白质氨基酸序列与保守结构基序,FtVQ蛋白归类于5个亚家族,亚家族内基因结构和蛋白质基序相对保守。基因重复分析表明,苦荞基因组中有8对VQ旁系同源基因,均为大片段重复基因,提示大片段基因重复在FtVQ基因家族数量扩张中发挥主要作用;它们的非同义突变和同义突变的比值（Ka/Ks）均小于1,提示重复基因在进化中经历了纯化选择。启动子顺式元件预测表明,所有FtVQ基因启动子含有BIHD1OS、CGTCA、ERELEA4、W-box和类W-box等病原或SA、JA、ET反应元件,尤其在FtVQ10、FtVQ14、FtVQ15、FtVQ22、FtVQ23、FtVQ27的启动子区域密集程度更高。qPCR分析显示,在可检测的20个FtVQ基因中,有55%—70%的基因为病原或激素处理下的差异表达基因（DEGs）,其中72.7%—85.7%的DEGs的表达显著上调。【结论】苦荞基因组拥有28个VQ基因成员,部分VQ基因可能参与了苦荞对叶斑病原的抗性反应。     

调控玉米株高和穗位高候选基因Zmdle1的定位

【目的】株高是玉米株型育种的重要目标性状之一,不仅与玉米籽粒的机械化收获及抗倒伏相关,也与玉米产量密切相关。因此,挖掘玉米株高 QTL/基因并解析其功能具有重要的理论和育种价值,定位一个新的玉米矮秆基因 ZmDLE1,阐明其生物学功能,为加速改良玉米的株型提供重要的理论依据和基因资源。【方法】利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变甘肃省农业科学院作物研究所自育玉米骨干自交系 LY8405,M₂后代分离获得一个单基因调控隐性遗传的玉米矮秆低穗位突变体,M₃、M₄后代能稳定遗传,命名为 dwarf and low ear mutant1(Zmdle1),通过与 Mo17 杂交构建 F₂分离群体,借助极端性状混池测序分析法(BSA-seq)及目标区段重组交换鉴定的方法,基于 Mo17 参考基因组对目标区段内的基因进行挖掘和功能注释,定位候选基因。【结果】开展了 Zmdle1 表型鉴定,突变体 Zmdle1 苗期表型与对照 LY8405 无显著性差异,成熟期植株株高和穗位高较 LY8405 分别降低 87...     

玉米转录因子ZmEREB93负调控籽粒发育

【目的】玉米作为重要的粮、经、饲多用作物,其产量的稳定对经济发展和粮食安全意义重大。AP2/EREBP（APETALA2/ ethylene response element binding protein,AP2/EREBP）转录因子在植物生长发育及逆境应答中发挥重要作用。前期研究发现,玉米ZmBES1/BZR1-5转录因子靶基因ZmEREB93可能参与调控种子大小。克隆ZmEREB93,并对其表达特性及功能进行分析,为深入解析其调控玉米籽粒发育的功能与机制奠定基础。【方法】从玉米自交系B73中克隆ZmEREB93的全长序列,对其基因序列和编码氨基酸序列特征进行生物信息学分析。随后,通过实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）分析其组织表达模式,分别构建植物和酵母表达载体,进行亚细胞定位和转录激活活性分析。经农杆菌介导法将ZmEREB93转入拟南芥,对转基因株系的种子表型进行分析。最后,通过体外染色质免疫共沉淀测序（chromatin immunoprecipitation sequencing,Chip-seq）和共表达分析筛选ZmEREB93可能调控的候选靶基因,并通过酵母单杂交（yeast one hybrid,Y1H）验证。【结果】成功克隆获得ZmEREB93,序列分析结果表明,ZmEREB93无内含子,开放阅读框长618 bp,编码205个氨基酸,有一个高度保守的AP2结构域,属于AP2家族的ERF亚类。qRT-PCR结果表明,ZmEREB93在授粉后15和25 d的种子中表达量较高,其中,在25 d种子中表达量最高,约为15 d种子中表达量的11倍,在茎和根中有微量表达,在雄穗、花丝及苞叶中无表达。转录激活试验结果表明,ZmEREB93蛋白在酵母细胞中不具有转录激活活性。亚细胞定位结果显示,ZmEREB93蛋白定位于细胞核。与野生型株系相比,转基因拟南芥株系种子的长和宽显著变小且千粒重显著降低。体外Chip-seq与共表达分析结果表明,Zm00001d013611、Zm00001d006016、Zm00001d027448及Zm00001d039991为ZmEREB93转录因子的候选靶基因。Y1H试验表明,ZmEREB93蛋白可直接结合Zm00001d013611启动子。【结论】玉米ZmEREB93作为转录因子在种子中特异性表达,负调控种子大小。     

四倍体小麦胚大小性状QTL定位与分析

【目的】挖掘小麦胚大小性状相关的数量性状位点，解析胚大小与其他重要农艺性状之间的相关性，为胚相关性状QTL的精细定位及育种利用奠定基础。【方法】以四倍体小麦矮兰麦（Ailanmai）和野生二粒小麦（LM001）构建的121份F8代重组自交系群体（AM群体）作为研究材料，将其分别种植于成都市崇州试验基地（2018、2019和2020年）、成都市温江区试验基地（2020年）和雅安市试验基地（2020年），调查5个环境下的胚长、胚宽、胚长/胚宽、胚长/粒长、胚宽/粒宽以及胚面积6个性状，结合基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱对上述6个性状进行QTL定位。【结果】胚大小性状呈近似正态分布，符合数量性状的遗传特征。QTL定位共检测到27个胚大小相关性状的QTL，其中，7个分别控制胚长和胚宽的QTL可解释7.75%—21.74%和7.67%—33.29%的表型变异，共检测到5个在多环境稳定表达的主效QTL:QEL.sicau-AM-3B、QEW.sicau-AM-2B、QEW/KW.sicau-AM-2B、QEL/EW.sicau-AM-2B-1和QEA.sicau-AM-2B，其贡献率...     

水稻CSSL-Z481代换片段携带的穗部性状QTL分析及次级代换系培育

【背景】粮食安全是保障国家安全的重要基础,水稻是人民赖以生存的主要粮食作物,提高其产量是重要的育种目标。水稻产量由每株有效穗数、每穗实粒数和粒重等性状构成,其中,粒重与籽粒形状、充实程度等密切相关。但这些性状都是由多基因控制,遗传基础复杂。染色体片段代换系(CSSL)可将这些复杂性状的QTL较准确地分解为单个孟得尔因子研究,且与育种工作紧密衔接,因而是理想的遗传研究和育种材料。【目的】前期以4代换片段的水稻染色体片段代换系Z481精细定位了一个易落粒基因SH6,但Z481与受体日本晴间还存在多个显著差异的穗部性状。明晰控制这些差异性状的QTL在代换片段上如何分布,并分解为单片段代换系,对目标QTL的图位克隆及应用于水稻分子设计育种有重要应用价值。【方法】利用受体亲本日本晴与Z481杂交构建的次级F₂分离群体以SAS9.3统计软件的混合线性模型(mixed linear model,MLM)法进行穗部性状QTL定位(P<0.05),然后,根据基因型和表型,从F₂选择42个单株在F₃株系利用MAS法培育单片段及双片段代...     

QTL Mapping of Hard Seededness in Wild Soybean Using BSA Method

【Objective】 Hard seededness of wild soybean is an important effector that limits the utilization of wild resources in soybean genetic improvement. Bulked segregant analysis (BSA) was employed to identify major quantitative trait loci (QTLs) related with hard seededness in soybean, which laid a foundation for effective utilization of wild soybean germplasm in cultivated soybean improvement. 【Method】 F₂ and F₇ segregation populations were constructed from a cross between cultivated soybean Zhonghuang39 and wild soybean NY27-38. Uniformly sized seeds were selected from each line, and 30 seeds were soaked in a petri dish with 30 mL distilled water for 4 hours at 25℃. The assay was replicated 3 times. The number of permeable and impermeable seeds were counted. In F₂ population, the first DNA pool was constructed from 22 individuals with permeable seeds (imbibition rate ＞90%), and second DNA pool was constructed from 16 individuals with impermeable seeds (imbibition rate ＜10%). In F₇ population, 20 lines with permeable seeds (100% imbibition) and 20 lines with impermeable seeds (no imbibition) were used to construct two DNA pools, respectively. To detect genomic regions associated with hard seededness, these DNA bulks were genotyped with 259 polymorphic SSR markers to identify markers linked to QTL. A linkage map was constructed with 192 SSR markers, QTLs related with hard seededness were identified by composite interval mapping in F₇ segregation population. 【Result】 Out of 259 SSR loci polymorphic between Zhonghuang39 and NY27-38, 10 and eight polymorphic SSR markers between the permeable and impermeable pools were detected in 16.3 Mb interval on chromosome 2 and 23.4 Mb interval on chromosome 6, respectively, in F₂ population. The QTL region (276.0 kb) located between Satt274 and Sat_198 on chromosome 2 contained previously cloned gene GmHs1-1, the QTL explained 17.2% of the total genetic variation. The other QTL was mapped on chromosome 6 flanked by BARCSOYSSR_06_0993 and BARCSOYSSR_06_1068, accounting for 17.8% of the total genetic variation. In F₇ population, eleven, nine and four SSR polymorphic markers between the permeable and impermeable pools were detected in 27.4 Mb interval on chromosome 2, 27.8 Mb interval on chromosome 6, 18.2 Mb interval on chromosome 3, respectively. A linkage map of 192 SSR markers and covering 2 390.2 cM was constructed through composite interval mapping in F₇ population. Three QTLs related with hard seededness were detected. The QTL on chromosome 2 located between Satt274 and Sat_198, explained 23.3% of the total genetic variation; the QTL on chromosome 6 flanked by Sat_402 and Satt557, explained 20.4% of the total genetic variation; the QTL on chromosome 3 flanked by Sat_266 and Sat_236 accounted for 4.9% of the total genetic variation. 【Conclusion】 In this study, three QTLs related to soybean hard seededness were identified by both BSA and traditional linkage mapping, indicating that BSA is an effective strategy for identifying QTLs in soybean.     

利用BSA法发掘野生大豆种子硬实性相关QTL

【目的】野生大豆的硬实性是大豆遗传改良利用中的重要限制因素。利用BSA法发掘与大豆种子硬实性相关的QTL,为野生大豆在大豆遗传改良中的合理利用奠定基础。【方法】利用栽培大豆中黄39与野生大豆NY27-38杂交构建F₂和F₇分离群体,从每个单株选取整齐一致的种子,取30粒种子置于铺有一层滤纸的培养皿中,加入30 mL蒸馏水,25℃培养箱中暗处理4 h,设3次重复,分别统计每个培养皿中正常吸胀和硬实种子数。在F₂群体中,选取22个正常吸胀单株（吸胀率＞90%）和16个硬实单株（吸胀率＜10%）;在F₇群体中,选取20个完全吸胀单株（吸胀率=100%）和20个完全硬实单株（吸胀率=0%）,单株DNA等量混合,分别构建2个吸胀和2个硬实DNA池。利用259对在亲本间有多态性的SSR标记对吸胀和硬实DNA池进行检测,筛选在吸胀和硬实DNA池间表现多态性的SSR标记;用192个SSR标记检测F₇分离群体,构建遗传图谱,利用复合区间作图法定位大豆硬实相关QTL。【结果】利用F₂个体构建的吸胀和硬实DNA池,在第2染色体16.3 Mb区间和第6染色体23.4 Mb区间分别检测到10个和8个在两池间有差异的SSR标记。利用这些标记检测F₂群体,将第2染色体的QTL定位于Satt274与Sat_198间的276.0 kb区间,该区间包括已克隆的大豆硬实基因GmHs1-1,解释17.2%的表型变异。第6染色体的QTL位于标记BARCSOYSSR_06_0993与BARCSOYSSR_06_1068间,可解释17.8%的表型变异。利用F₇株系构建的吸胀和硬实DNA池,在第2（27.4 Mb区间）、6（27.8 Mb 区间）和3染色体（18.2 Mb区间）分别检测到11个、9个和4个在两池间有多态性的SSR标记。利用F₇群体构建包括192个SSR标记、覆盖2 390.2 cM的遗传图谱,共检测到3个硬实相关QTL,其中第2染色体定位到的QTL位于标记Satt274与Sat_198间,可解释23.3%的遗传变异。第6染色体定位到的QTL位于标记Sat_402与Satt557之间,可解释20.4%的表型变异。在第3染色体标记Sat_266与Sat_236间发现一个可以解释4.9%表型变异的QTL,与BSA法检测的结果相符。【结论】利用BSA法可以检测到传统遗传作图定位的所有与硬实性相关的QTL,证明BSA法发掘大豆种子硬实性主要QTL的高效性。     

厚皮甜瓜心部果肉蔗糖含量QTL定位及候选基因分析

【目的】运用QTL分析厚皮甜瓜心部果肉蔗糖含量,挖掘影响该性状的候选基因,为厚皮甜瓜甜味性状的遗传改良奠定理论基础。【方法】以高糖材料VZX(V醉仙)为母本和低糖材料HP(高代自交系)为父本杂交衍生的F₂群体为研究对象,利用高效液相色谱仪测定果实赤道位置心部果肉蔗糖含量,从F₂群体中挑选蔗糖含量极端高和极端低的单株各20个,分别构建高蔗糖池和低蔗糖池,对双亲及混合池均进行全基因组重测序(约20×覆盖深度),定位蔗糖性状的关联区间,并结合生物信息学分析候选基因。【结果】厚皮甜瓜心部果肉蔗糖含量在F₂群体中基本呈正态分布,符合典型的数量性状遗传特征;对双亲及混池进行全基因组重测序,共获得有效数据32.62 G,Q20在95%以上,平均覆盖深度为17.76,比对到参考基因组上的总reads数目比例在98.72%~99.02%,测序数据质量高,参考基因组选择合理有效;在8号染色体定位到1个3.29 Mb的区间,共注释到108个基因;在初定位区间内获得1个参与糖酵解和糖异生生化过程的候选基因EVM0000647,在高糖和低糖亲本间编码区无非同义突变,但启动子区域具有大量差异位点,且表达量具有明显差异。【结论】极端混池测序(BSA)方法,在8号染色体上定位到1个影响厚皮甜瓜心部果肉蔗糖含量的QTL,大小为3.29 Mb,共注释到108个基因,其中候选基因EVM0000647,通过差异表达负调控厚皮甜瓜心部果肉蔗糖的积累。