粳稻分蘖数全基因组关联分析及候选基因的挖掘

【目的】利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)检测与粳稻分蘖数显著相关的SNP位点,筛选影响分蘖数的候选基因,为分子辅助育种提高产量提供理论基础。【方法】利用295份来自世界各地的粳稻品种,于2018和2019年分蘖盛期调查水稻分蘖数,结合高通量重测序获得的788 396个高质量多态性SNP,利用TASSEL 5.0软件的MLM模型进行全基因组关联分析,对GEC软件计算的有效独立SNP数目进行阈值确定,判定SNP标记与目标性状关联的显著性。根据2年检测到的峰值SNP和水稻每条染色体LD衰减距离,确定2年共定位分蘖数主效QTL,并进一步提取QTL区间内所有基因外显子区非同义突变SNP和启动子区SNP进行单倍型分析,结合基因注释筛选影响粳稻分蘖数候选基因。【结果】295份粳稻品种的分蘖数在2018和2019年总趋势基本一致,并且均具有较大的表型分布。通过全基因组关联分析,在P5.46×10-6阈值条件下,从第8、9和10染色体上共鉴定3个与粳稻分蘖数相关的QTL(qTiller8、qTiller9和qTiller10),其中,在2年中均检测到qTiller9,在2018和2019年的表型贡献率分别为11.86%和10.61%,而qTiller8和qTiller10仅在2018年被检测到,表型贡献率分别为9.36%和9.10%。对qTiller9区间内的全部15个基因进行单倍型分析,结果表明,在qTiller9区间内共有6个基因(LOC_Os09g25090、LOC_Os09g25100、LOC_Os09g25150、LOC_Os09g25190、LOC_Os09g25200和LOC_Os09g25220)的不同单倍型分蘖数之间存在极显著差异,LOC_Os09g25090被启动子区SNP分为2种单倍型,hap2(TAA)分蘖数极显著大于hap1(AGG);LOC_Os09g25100被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2(GAGA)分蘖数极显著大于hap1(AGCC);LOC_Os09g25150被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2(ATG)分蘖数极显著大于hap1(GCC);LOC_Os09g25190被启动子区SNP分为2种单倍型,hap2(GCATCGCATCGACGCCGA)分蘖数极显著大于hap1(ATGCTGATGAAGTCATCC);LOC_Os09g25200被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2(TAG)分蘖数极显著大于hap1(AGA);LOC_Os09g25220被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap1(GG)分蘖数极其显著大于hap2(AA)。结合基因注释发现,LOC_Os09g25090和LOC_Os09g25100均预测编码钙调蛋白依赖性蛋白激酶,是脱落酸(ABA)表达所必需Ca2+的传感器,推测LOC_Os09g25090和LOC_Os09g25100为影响粳稻分蘖数的候选基因。【结论】筛选出LOC_Os09g25090和LOC_Os09g25100为影响粳稻分蘖数的候选基因。     

牦牛SMAD4基因SNPs检测及其与生长性状的关联分析

【目的】研究牦牛SMAD4基因SNPs与生长性状的关系，探寻与牦牛生长性状相关的分子标记。【方法】采用DNA测序和单倍型分型技术，对青海牦牛SMAD4基因进行SNPs检测及其基因分型、连锁不平衡和单倍型分析，并对多态位点的基因型及组合单倍型与牦牛生长性状的关联性进行分析。【结果】牦牛SMAD4基因在内含子区域存在6个突变位点，其中g.393A>G、g.555A>G、g.6525A>G和g.18360C>T均存在3种基因型，g.582A>T和g.6492C>T均存在2种基因型。连锁不平衡分析发现，6个位点间不存在强连锁不平衡效应。单倍型分析发现，在14种不同的单倍型中，单倍型H₁的发生频率最高。关联性分析表明，g.393A>G位点与体斜长、胸围和管围均显著相关（P<0.05），g.555A>G位点与体斜长显著相关（P<0.05），g.582A>T位点与体质量和体高均显著相关（P<0.05），g.6492C>T位点与体高显著相关（P<0.05），g.6525A>G位点与体质量显著相关（P<0.05），g.18360C>T位点与胸围显著相关（P<0.05）。基因型组合发现，单倍型H₁H₁₄可能是影响牦牛生长性状的最优组合。【结论】牦牛SMAD4基因内含子区域上的6个位点与生长性状显著关联，可作为牦牛分子标记辅助选择的候选基因。     

丝羽乌骨鸡SLC38A11基因分型及其与皮肤乌色度关联分析

为进一步验证SLC38A11在丝羽乌骨鸡黑色素沉积中的作用,本研究采用基于飞行时间质谱分析技术对SLC38A11基因SNPs位点进行基因分型,对所有SNP位点利用Hapoview4.1进行连锁不平衡分析,并检测SNP位点是否处于H-W平衡状态,分析基因型与皮肤亮度L*值关联性,筛选对皮肤乌色度显著相关的SNP标记。结果表明：1）SLC38A11基因4个多态性位点质谱检出率为100%,每个位点都有3种基因型。SLC38A11基因SNP1位点为错义突变,SNP2、SNP3和 SNP4 3个SNPs位点均为同义突变。2）卡方检验表明,SNP1位点偏离H-W平衡（P<0.05）,其他3个SNPs位点均处于H-W平衡状态（P>0.05）。SNP1位点遗传多样性较低,其他3个SNPs位点为中度多态。3）单标记关联分析表明,SNP1位点TC基因型的胸部皮肤亮度L*值显著低于CC和TT基因型（P<0.05）;SNP2位点AA基因型的胸部皮肤亮度L*值显著低于GG与GA基因型（P<0.05）;SNP3位点TT基因型的胸部皮肤亮度L*值显著低于CC与CT基因型（P<0.05）。4）SNP2、SNP3和SNP4之间的强连锁产生了3种单倍型,H3H3单倍型（AATTAA基因型）胸部皮肤亮度L*值显著低于单倍型H2H3（GACTAG）和H2H1（GGCCAA）。SNP1～SNP4 4个位点基因型合并后,TCAATTAA胸部皮肤亮度L*值显著低于CCGGCCAA、TTGACTAG和CCGACTAG。综上,SLC38A11基因与丝羽乌骨鸡胸部皮肤乌色度密切相关,TCAATTAA基因型可作为研究丝羽乌骨鸡胸部皮肤乌色度的候选分子标记,为下一步利用分子标记辅助育种加快培育乌色度高的丝羽乌骨鸡新品种提供参考。     

甜玉米籽粒体积和粒重的全基因组关联分析

为挖掘控制甜玉米籽粒体积和粒重的相关基因,2017—2019年,以209份甜玉米自交系构成的关联群体为材料,测定干籽粒的体积和粒重,结合全基因组重测序(De novo sequencing)获得的980万个单核苷酸多态性(Single-nucleotide polymorphism,SNP)标记,采用GLM模型进行全基因组关联分析。结果表明,甜玉米籽粒体积变异范围为0.06~0.15 mL,变异倍数为2.5倍,单粒重变异范围为0.08~0.17 g,变异倍数为2.1倍,均符合正态分布。共检测到15个SNP位点与籽粒体积或粒重显著关联,分别解释籽粒体积55.7%和粒重52.1%的表型变异,其中4个位点和普通玉米报道的QTL重叠,其余11个是新鉴定的位点,通过基因注释发现大部分候选基因为转录因子等调控基因。此外,首次检测到Br2(矮化基因2)与籽粒体积、粒重两性状均显著关联,并且籽粒体积和粒重均随着该基因表达量的升高而增加。     

欧拉型藏羊UCP2和UCP3基因多态性及其与生长性状的关联分析

【目的】探索欧拉型藏羊解偶联蛋白2（UCP2）和解偶联蛋白3（UCP3）基因的多态性及其与生长性状的关联性,为运用分子标记辅助育种方法提高欧拉型藏羊的生长性状提供理论依据。【方法】以239头成年欧拉型藏羊为试验对象,采用PCR产物直接测序技术检测UCP2和UCP3基因的遗传多态性,并将其与体质量、体高、体斜长和胸围生长性状进行关联性分析。【结果】在欧拉型藏羊UCP2基因上筛选出2个SNPs位点,分别为g.52130414 C>T和g.52130584 G>A,其中g.52130414 C>T位点产生TT、CT和CC 3种基因型,g.52130584 G>A位点产生AA、AG和GG 3种基因型;在UCP3基因上筛选出1个SNP位点g.52157335 C>T,产生CC、CT和TT 3种基因型。基因多态性分析表明,3个SNPs位点均为错义突变位点,属于中度多态,且均符合Hard-Weinberg平衡适应性检验（P>0.05）。关联分析结果显示,UCP2基因g.52130414 C>T位点TT基因型欧拉型藏羊体质量显著高于CT基因型(P<0.05);g.52130584 G>A位点AA基因型欧拉型藏羊体质量和体斜长均极显著高于AG和GG基因型(P<0.01),AA和GG基因型欧拉型藏羊胸围均显著高于AG基因型（P<0.05）;UCP3基因g.52157335 C>T位点CC基因型欧拉型藏羊体质量显著高于CT基因型(P<0.05),TT基因型欧拉型藏羊胸围显著高于CT基因型(P<0.05)。3个多态位点基因型组合分析发现,5个发生频率较高的双倍型中,D5型欧拉型藏羊体质量极显著高于D1、D2、D3型(P<0.01),体高显著高于D3型(P<0.05),体斜长显著高于D1、D3、D4型(P<0.05)且极显著高于D2型(P<0.01)。【结论】UCP2和UCP3基因多态性与欧拉型藏羊的部分生长性状显著相关,UCP2和UCP3基因可作为欧拉型藏羊生长性状选育的候选基因。D5双倍型为优势基因型,可在选育工作中优先考虑。     

水稻控制光响应基因Nfm1的图位克隆

抽穗期是水稻的重要农艺性状之一,决定着品种的地区与季节适应性,因而成为水稻育种家考虑的主要目标性状之一。前期克隆了一些控制水稻抽穗期的主效基因,但是对控制水稻抽穗期的调控因子的鉴定还非常有限。通过筛选水稻突变体库,获得一份在长日照条件下(LD)不开花的突变体(non flowering mutant 1,nfm1),其在短日照条件下能够正常开花。利用图位克隆,将Nfm1基因缩小在2个分子标记In Del1与In Del2之间,范围在50 kb区间内,该区间包含4个基因。通过序列测定,确定LOC_Os09g13740为Nfm1的候选基因。在突变体nfm1中,LOC_Os09g13740基因的第六外显子242处丝氨酸突变为异亮氨酸。突变体nfm1等位于已报道的水稻突变体lvp1-1,Nfm1编码一个含有SET结构域的组蛋白甲基转移酶SDG724。值得关注的是,在短日照条件下,突变体nfm1显著地提高每穗粒数,显示LOC_Os09g13740基因的弱表达可能在适应的生态区具有潜在的生产应用潜力,为培育适应不同生态区域的水稻品种提供了参考。     

小麦籽粒镉元素含量全基因组关联分析及候选基因预测

以国内外207份小麦种质为材料，利用660K SNP芯片对其进行基因型检测，并结合不同环境下表型数据和最佳线性无偏预测值 (BLUP，Best linear unbiased prediction) 对小麦籽粒镉元素含量进行全基因组关联分析。结果表明：与小麦籽粒镉元素含量显著关联的SNP 310个，这些SNP分布于除3D和4D外的19条染色体上，单个SNP解释变异率为10.95%～14.66%。不同环境下检测到的关联SNP结果存在差异，其中在原阳地区检测到186个SNP，开封地区检测到71个SNP。基于BLUP值分析获得53个SNP。基于SNP物理位置，将距离较近的SNP进行整合，共获得有效QTL位点52个。同时发现了7个在多环境下表现稳定的SNP，并对其进行单标记效应分析。最后对基于获得的关联SNP进行了候选基因预测，共获得7个与小麦籽粒镉元素含量相关的候选基因，其中 TraesCS1B01G321700和TraesCS1B01G320200可能与镉元素调控相关基因转录有关，而TraesCS7B01G459000和TraesCS7B01G456900可能与镉元素的吸收和转运等代谢过程有关。还筛选出了对镉具有良好避性的部分小麦优异种质，如‘云麦51’‘郑麦379’‘白穗白’‘云麦53’‘双丰收’。     

大别山牛PAX3基因多态性及其与生长性状的关联分析

【目的】探究PAX3基因多态性与大别山牛生长性状的相关性。【方法】采集292头安徽大别山成年（24～48月龄）母牛的耳组织,并测定其体尺数据,提取DNA后,通过PCR和测序技术鉴定出大别山牛群体中PAX3基因的多态性,利用POPGENE、Haploview和SHEsis软件,分别对多态位点进行遗传多样性、哈代 温伯格平衡和单倍型分析,利用SPSS 23.0软件分析其与生长性状的相关性。【结果】在大别山牛PAX3基因第4内含子中检测到3个SNPs位点（g.4718G>C、g.4744T>C和g.4757C>A）,第6内含子中检测到1个SNPs位点（g.78920C>T）,4个SNPs位点均存在3种基因型。遗传多样性分析发现,g.4718G>C位点属于低度多态（PIC≤0.25）,g.4744T>C、g.4757C>A和g.78920C>T位点均属于中度多态（0.25A外,其余3个位点均处于哈代-温伯格平衡状态（P>0.05）。单倍型分析发现,4个SNPs位点间无强连锁相关（r²<0.33）,形成13种单倍型,其中频率大于0.03的单倍型有6个。相关性分析发现,g.4718G>C位点与大别山牛的十字部高显著相关(P<0.05);g.4744T>C位点与十字部高、腹围和腰角宽极显著相关(P<0.01);g.4757C>A位点与腰角宽显著相关(P<0.05);g.78920C>T位点与腹围极显著相关(P<0.01),与管围显著相关(P<0.05)。【结论】PAX3基因第4内含子的g.4718G>C、g.4744T>C 和g.4757C>A位点以及第6内含子的g.78920C>T位点多态性与大别山牛群体部分生长性状具有显著或极显著的相关性,可以作为大别山牛遗传选育的候选分子标记。     

水稻早衰突变体zs的鉴定与基因定位

[目的]本研究旨在对水稻叶片早衰突变体zs进行遗传分析及基因定位,探索水稻叶片早衰的分子机制。[方法]从甲基磺酸乙酯(EMS)诱变‘宁粳1号’突变体库中筛选鉴定了1个稳定遗传的早衰突变体zs,构建突变体zs与籼稻品种‘N22’的F2群体,对控制突变性状的基因进行定位,利用RT-q PCR对叶绿素合成以及质体发育相关基因的表达水平进行分析。[结果]突变体zs在28℃条件下生长14 d时,zs第2叶叶尖出现黄褐色斑点,并逐渐向叶基部蔓延。突变体zs叶绿素a和叶绿素b含量明显下降。zs叶肉细胞结构异常,叶绿体中类囊体片层结构排列松散。与野生型相比,zs的株高、分蘖数和千粒质量均显著降低。通过构建遗传分离群体,将突变基因定位在第12号染色体短臂上的600 kb的区间内。此区间内含有2个已报道的与叶片衰老相关的基因LOC_Os12g16410和LOC_Os12g16720,分别编码异黄酮还原酶和细胞色素单加氧酶(P450)。测序分析发现,仅在LOC_Os12g16720第2外显子上有1个单碱基突变,导致苏氨酸突变为甲硫氨酸。zs叶绿素合成相关基因和质体发育相关基因的表达量显著低于野生型。[结论]鉴定了1个早衰突变体zs,通过精细定位与序列分析,将LOC_Os12g16720作为候选基因,该基因可能参与调控叶绿素合成及质体的发育。     

策勒黑羊GDF9和BMP15基因多态性与产羔数关联分析

为了鉴定策勒黑羊BMP15和GDF9中的多态位点,并与产羔数性状进行关联分析,对相同饲养条件下81只具有产羔记录的策勒黑羊BMP15和GDF9基因完整ORF区进行测序。结果显示,在两个重要候选基因中共存在16个多态位点。GDF9基因有7个SNPs（分别为g.41769976G＞A、g.41769833G＞A、g.41769898G＞A、g.41769246A＞G、g.41769008T＞C、g.41769002A＞G）和g.41769723 TCAA缺失,其中：g.41769833G＞A 位点AA型比GG型平均多0.22只（P＜0.05）,其余6个突变位点均与产羔数不存在显著相关（P＞0.05）。BMP15基因存在9个突变位点：g.50986052C＞A、g.50985229A＞G、g.50985162T＞C、g.50985071C＞T、g.50983056C＞G、g.50982538T＞C、g.50981129A＞G、g.50980656T＞C和g.50981170T＞A,且这9个SNP位点与产羔数均不存在显著相关（P＞0.05）。结果可为策勒黑羊种群的保种育种提供理论参考。