利用SNP标记和宁7840×Clark重组自交系(RIL)群体检测小麦染色体偏分离区域

为给小麦偏分离规律研究及小麦农艺性状的QTL定位研究提供相关信息,以普通小麦(Triticum aestivum L.)宁7840和Clark杂交得到的F12重组自交系(RIL)为试验材料,利用筛选出的2 404个单核苷酸多态性SNP标记和291个SSR标记对该群体进行遗传分析。结果表明,共有494个标记位点表现偏分离,占总标记数的18.3%,其中有429个标记偏向父本Clark,占偏分离标记数的86.8%,65个标记偏向母本宁7840,占偏分离标记数的13.2%。大多数偏分离标记在连锁图谱上成簇分布,形成偏分离区域(Segregation distortion region,SDR),共检测到33个SDR,分别位于1A、1B、2A、2B、3A、4B、5A、6A、6B、7A、7B和7D染色体上,其中有6个SDR偏向母本宁7840,27个SDR偏向父本Clark。杂合致死基因Ne2、导致偏分离的QSd.ksu-7D、核质互作增强子基因scs所在染色体区间分别与SDR-2B.1、SDR-7D.1、SDR-1A.2存在部分重合,这3个SDR中可能存在上述基因或其同源基因,在合子体选择和配子体选择共同作用下造成偏分离,形成SDR。     

陆地棉野生种系玛丽加朗特85基于SSR的遗传图谱

用陆地棉野生种系玛丽加朗特85与栽培种中棉所16杂交的188个F₂单株，利用SSR标记构建了玛丽加朗特85的遗传图谱。图谱包含245个位点，26个连锁群，覆盖19条染色体，总长为1 866.05 cM，标记间平均距离为7.62 cM。其中79个标记偏离孟德尔分离比例，有5条染色体存在偏分离密集区（Segregation distortion region, SDR）：17号染色体上有2个SDR，3号、14号、15号和21号染色体上各有1个SDR。该研究为玛丽加朗特85优良性状基因定位、分子标记辅助育种奠定了工作基础。     

大豆水溶性蛋白质的全基因组关联分析

为进一步解析中国大豆种质水溶性蛋白的遗传基础,为大豆高水溶性蛋白质的分子标记辅助选择育种及品质改良提供理论依据,本研究以224份大豆种质为试验材料,于2017和2018年对大豆水溶性蛋白质含量进行测定,利用1 514个高质量的SNP标记分别对2017、2018年水溶性蛋白质含量及两年均值进行全基因组关联分析,共检测到18个显著关联的SNP标记,这些SNP标记涉及16个位点,有8个位点至少被检测到2次,其余8个位点仅被检测到1次,表明其受环境因素影响较大。16个位点中有7个尚未见报道,分别位于8、11、13、14和15号染色体上,是新发现的控制大豆水溶性蛋白的位点。对表型变异解释率较高且稳定关联的2个位点qWSPC7和qWSPC8-1候选区间内的基因进行预测,共获得25个候选基因,其中有7个基因(Glyma.07g195000、Glyma.08g103100、Glyma.08g108900、Glyma.08g105100、Glyma.08g107800、Glyma.08g107700和Glyma.08G115800)在大豆籽粒、根或根瘤中具有较高的表达水平。这些基因可作为水溶性蛋白质的候选基因,可能具有调控大豆水溶性蛋白质的功能。     

大豆B类花器官特征基因的生物信息学分析

大豆花器官较小且闭花授粉,导致人工杂交效率低,品种遗传基础狭窄。MADS-box基因家族成员APETALA3(AP3)和PISTILLATA(PI)作为花发育ABCDE模型中的B类基因,共同控制花瓣与雄蕊的形成,在花器官形态建成中发挥重要作用。为明确大豆中B类基因的进化模式,并探究其在不同大豆品种中的遗传变异,本研究通过生物信息学手段对大豆B类基因进行了基因结构、系统进化、保守基序、共线性、单倍型分析及物理性质预测等研究。结果显示：大豆基因组中11个B类基因,分别属于3个亚组,其中GmAP304(Glyma.04G027200)、GmAP306(Glyma.06G027200)、GmAP303(Glyma.03G111500)、GmAP316(Glyma.16G105600)和GmAP312(Glyma.12G118100)属于paleoAP3亚组,GmTM601(Glyma.01G169600)和GmTM611(Glyma.11G073700)属于TM6亚组,GmPI13(Glyma.13G034100)、GmPI14(Glyma.14G155100)、GmPI04(Glyma.04...     

不同播期条件下大豆开花期性状的全基因组关联分析

开花期是决定大豆生态适应性和产量的重要性状,研究大豆开花期的遗传规律,解析大豆开花调控的分子基础,对大豆品种适应性改良具有重要意义。本研究选用来自北方、黄淮海和南方三大生态区的87份中国品种及31份美国大豆品种,在北京进行春、夏季分期播种,获得10个播期环境下的开花期数据,并利用Illumina BARCSoySNP6K iSelectBeadChip芯片对大豆品种进行SNP分型。通过群体结构分析、聚类分析和PCA分析,将供试大豆品种分为两个亚群。利用TASSEL软件PCA+K模型,结合5 126个SNP标记,对开花期进行全基因关联分析,得到18个显著关联位点,其中14个位点在2个以上的环境中稳定表达,4个位点只在单一环境中被检测到,表明其受光温环境影响较大。通过对显著关联位点进行预测,共发现31个候选基因,其中有2个（Glyma10g36600和Glyma19g37890）已在此前的研究中被证明与大豆开花有关,而Glyma03g33470、Glyma11g15650、Glyma05g01510和Glyma19g07162与拟南芥中相关的开花调控基因同源,推测这4个基因在大豆中也参与开花调控。11个尚未见报道的新位点分别位于3、4、5、9、10、14、16和17号染色体上,可能存在控制大豆开花期的新基因。     

玉米生物诱导孤雌生殖DH群体的SNP偏分离分析

以单交种先玉335作母本,与京科诱006单倍体诱导系杂交,产生单倍体及秋水仙素加倍形成双单倍体(DH)群体,用SNP芯片对DH群体进行基因型分析,获得1 337个在先玉335的双亲间有多态的SNP数据,对SNP进行卡方检测(P0.05),发现516个SNP表现偏分离,占38.6%,这些偏分离SNP中有285个偏向母本PH6WC,占55.2%;231个偏向父本PH4CV,占44.8%。在玉米的8条染色体上,发现10个偏分离热点区域(SDR),分析SNP的χ2值与其在染色体上的位置之间的关系发现,χ2值最大的SNP往往在SDR的中心位置。     

基于共线性分析的大豆种子硬实性QTL定位及候选基因预测

大豆种子硬实度关乎食品与饲料加工。为提高大豆种子硬实度分子标记辅助选择的效率，发现相关候选基因，利用染色体片段代换系（chromosome segment substitution lines, CSSL）对大豆种子硬实性进行了两年的QTL定位研究，结合前人得到的25个种子硬实性QTL，利用MCScanX对整个大豆基因组进行分析，生成共线性区组，评估大豆种子硬实性QTL之间的共线性，确定了位于Gm02片段的中心QTL。利用多个数据库分析hub-QTL区段的基因，锚定了8个与大豆种子硬实性相关的候选基因。从CSSL群体中选择种子硬实性不同的两个品系和轮回亲本，用于随后的实时荧光定量PCR分析，发现候选基因Glyma.02G269400和Glyma.02G269500在CSSL群体中硬实性不同的2个品系及轮回亲本绥农14中的表达差异显著。Glyma.02G262600在绥农14中的相对表达量约是CSSL-136的5倍，而在CSSL-200中表达量中等，推测该基因抑制大豆种皮的形成。     

SNP和SSR标记在小麦Heyne×Lakin重组自交系群体中的偏分离分析

为探究小麦偏分离规律及给小麦农艺性状的QTL定位研究提供相关信息,对普通小麦Heyne×Lakin的145个重组自交系的2 241个标记基因型(包括2 071个SNP标记和170个SSR标记)进行连锁作图及偏分离分析,检测SNP和SSR标记偏分离的热点区域(SDR)。结果表明,共有2 197个标记(占总标记数的98.0%)定位在覆盖小麦21条染色体的42个连锁群中,连锁遗传图谱的总长度为2 265.9cM,标记间的平均遗传距离为1.03cM。在连锁遗传图谱中,共有230个标记位点表现偏分离,占总标记数的10.5%。其中164个标记偏向父本Lakin,占偏分离标记数的71.3%;66个标记偏向母本Heyne,占偏分离标记数的28.7%。检测到11个SDRs,分别位于2A、2B、2D、3B、5D、6B和7A染色体上,其中有5个SDRs偏向母本Heyne,6个SDRs偏向父本Lakin,推测这些偏分离热点区域的形成可能与配子体选择有关。     

玉米株高主效QTL qPH2.4的定位分析

课题组前期以玉米自交系郑58为轮回亲本,以昌7-2为供体亲本,通过分子标记辅助选择获得染色体单片段代换系Z12和W16。Z12和W16在bin2.07区域均含有1个来源于昌7-2的染色体片段,株高均显著高于轮回亲本郑58。利用郑58和Z12为材料构建F2分离群体,基于重测序和混合分离分析(BSA)策略,将株高主效QTL qPH2.4定位于第2染色体13.95 Mb(201 457 953~215 022 157 bp)的区域内。利用在目标区间内筛选出的20对多态性分子标记对包含743个单株的郑58×Z12 F2分离群体和包含1 720个单株的郑58×W16 F2分离群体进行基因型分析,结合田间株高数据进行QTL定位,将株高主效QTL qPH2.4定位在InDel分子标记ph-18和ph-19之间,区间的遗传距离为0.57 cM,物理距离为626 kb。参考B73基因组(RefGen_v4)注释信息,该区间内存在17个注释基因,其中,包含可以调控油菜素内酯信号的基因Zm00001d006677。     

大豆耐胁迫相关蛋白编码基因GmSAMDC1的克隆及表达分析

S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(S-adenosine methionine decarboxylase,SAMDC)是亚精胺和精胺合成的关键酶,更是多胺生物合成的限速酶之一,在植物耐胁迫反应中发挥重要调控作用。为研究大豆SAMDC编码基因的结构和表达特性,本研究从抗病大豆品种科丰1号中克隆了位于大豆基因组2号染色体上的GmSAMDC1(Glyma. 02G128000)基因,分析结果表明:其完整ORF长度为1 068 bp,编码一个由355个氨基酸组成的包含1个SAM_decarbox结构域的蛋白; GmSAMDC1基因所编码蛋白的理论等电点为4. 86,相对分子质量为38 987. 13 Da,为亲水性蛋白,不含跨膜区;大豆中共有8个GmSAMDC1的同源基因,GmSAMDC1与红车轴草(PNY09439. 1,82. 64%)和拟南芥(At SAMDC3,67. 22%)中的SAMDC蛋白编码基因亲缘关系最近; GmSAMDC1启动子序列包含防卫和胁迫响应元件、植物激素应答元件、光应答元件等许多顺式作用元件; GmSAMDC1在花中的表达量最高,与其大豆同源基因Glyma. 01G071300(序列相似性为94. 6%)、Glyma. 18G278800(66. 8%)和Glyma. 08G25580(66. 5%)的组织特异性表达模式比较相似; Glyma. 02G128000-GFP融合蛋白在细胞膜和细胞质上表达。本研究结果为进一步阐明大豆GmSAMDC1基因在大豆耐胁迫过程中的作用提供了理论依据。     

水稻SSR及Indel分子标记在籼粳交F_2群体的偏分离分析

偏分离是指遗传标记的观察频率偏离预期的孟德尔式分离频率的现象,其可以增加群体中杂合等位基因或者异型染色体的频率,是一种重要的进化动力。本研究以粳稻材料日本晴及籼稻材料千粒稻为亲本获得80株F2群体,构建了一张含92对SSR标记和44对Indel标记的遗传图谱。结果发现,F2群体中,116个标记表现为偏分离现象(85.29%),其中79个极度偏分离(68.10%)。偏分离标记中由合子偏分离引起的有20个,配子偏分离引起的93个,RM3484,RM3702,os7-38.4既不是由合子选择引起也不是由配子选择引起。Indel标记偏分离率(97.72%)明显高于SSR标记偏分离率(79.34%),且所有偏分离标记皆偏向于千粒稻。结合本研究结果,对偏分离现象产生的原因进行了分析。     

大豆波状卷叶新种质NWL1特性鉴定与基因定位

为给大豆叶发育研究及株型改良提供新的基因资源及相关信息,通过对大豆波状卷叶新材料NWL1的性状评价与基因定位,比较NWL1与野生型之间形态农艺性状、光合生理特性的差异,并对波状卷叶控制基因进行基因定位。结果表明:突变体NWL1植株自第3片复叶起叶缘呈波浪状,切片观测发现其叶脉表皮细胞排列不规则;农艺性状调查发现杂交后代波状卷叶植株的株高及产量构成因子性状值均低于野生型,但也存在单株荚、粒数较多的波状卷叶单株可供选择。2个杂交组合后代的遗传分析表明该波状卷叶性状受两对隐性基因wl1、wl2控制,还发现所有波状卷叶植株均为灰毛,表明茸毛色与波状卷叶基因紧密连锁或共分离。利用W82×NWL1群体F2群体77个隐性单株,将wl1基因定位在第6号染色体上SSR标记BARCSOYSSR_06_0971和BARCSOYSSR_06_1008之间约1. 0 Mb区间。从定位区间的56个候选基因中选出调控黄酮醇苷表达的茸毛色基因Glyma. 06G202300,测序发现NWL1等突变材料中该基因第三个外显子中第79个碱基A缺失,致其后氨基酸序列改变。wl2被定位在第7号染色体SSR标记AF186183和BARCSOYSSR_07_1143之间,二者遗传距离为25. 1 c M。     

大豆胞囊线虫侵染下野生大豆根组织实时定量PCR分析中内参基因的筛选

以高抗和高感HG 0大豆胞囊线虫的野生大豆种质为试验材料,采用q RT-PCR技术检测了ACT11(Glyma.18G290800)、Tubulin-motif(Glyma.19G194800)等24个候选持家基因在不同大豆胞囊线虫侵染时期(接种后9,15和20 d)野生大豆根系中的基因表达情况,除Actin(Glyma.08G182200)出现了非特异扩增外,其它23个持家基因的q RT-PCR扩增效果均理想,扩增特异性高。分析上述23个持家基因的表达丰度,并利用Best Keeper、ge Norm和Normfinder对其表达稳定性进行评价。结果表明:持家基因间的表达丰度不尽相同,而且有些持家基因在不同品种间或不同处理间(接种虫卵和接种水)也存在表达丰度的差异。23个持家基因的表达稳定性也不相同,综合来看,表达最不稳定的基因为Cons9(Glyma.10G152200)、Cons2(Glyma.17G138500)、Cons1(Glyma.15G270900)和Tubulin-motif(Glyma.20G136000),本试验条件下它们不适宜作内参基因;其余持家基因相对稳定,本试验条件下可选择Tubulinmotif(Glyma.15G132200),Cons6/SKIP16(Glyma.12G051100)或Tubulin-motif(Glyma.05G110200)作为内参基因,它们表达量较高,表达最为稳定,其Ct平均值分别为25.7、26.5和25.0,标准偏差分别为0.540、0.575和0.490,ge Norm软件评价其稳定性的M值分别为0.698、0.715和0.727。该研究为野生大豆抗胞囊线虫相关基因的表达分析提供了参考。     

小麦RIL群体SSR分子标记偏分离的遗传分析

为了研究小麦SSR分子标记偏分离的遗传特性,以普通小麦6044和0135杂交得到的F8重组自交系（RIL）群体为材料,利用具有多态性的76对SSR引物进行群体间分析。结果表明,有15个分子标记表现偏分离（P<0.05）,占总标记数的19.74%。这些偏分离标记中有7个标记偏向父本6044,占总偏分离标记位点数的46.67%;8个标记偏向母本0135,占总偏分离标记位点数的53.33%。这些标记在图谱上有两种分布形式,分别为成簇分布和孤立分布。在7条不同的染色体上均发现偏分离标记,其中在3条染色体上发现3个热点区域。     

大豆底荚高度QTL定位及候选基因挖掘

底荚高度是衡量大豆品种是否适宜机械收获的关键指标。底荚高度较低的品种在机械收割过程中可能造成植株部分被切断或漏割,引起总产量损失。因此,大豆底荚高度候选基因对大豆机械化育种至关重要。本研究利用完备区间作图法(Inclusive Composite Interval Mapping, ICIM)对208染色体片段代换系群体(chromosome segment substitution lines, CSSL)进行大豆底荚高度QTL定位,获得9个与大豆底荚高度相关的QTL,分布在8条连锁群上。结合BSA重测序结果,将与大豆底荚高度相关的QTL定位到C1连锁群上1.1Mb和L连锁群上0.05Mb的区间内,并对其进行基因注释。通过基因注释数据库和信息学分析,在两个共识QTL区间内获得5个可能与大豆底荚高度相关的候选基因。这些结果可以为大豆底荚高度QTL精细定位以及机械化优质高产大豆品种的选育提供理论依据。     

基于大豆导入系群体结瘤相关性状QTL定位及基因挖掘

氮元素是植物生长所需的重要营养元素之一,生物固氮是大豆生长所需氮元素的重要来源。本实验室以绥农14为母本,野生豆ZYD00006为父本构建一套覆盖野生大豆全基因组的导入系群体。基于大豆导入系群体对结瘤数目和干重进行QTL定位,定位到3个QTL与根瘤干重相关,分布在N、M和D2这3个连锁群上,定位到5个QTL与根瘤数相关,分布在K、F、J和D2这4个连锁群上,在D2连锁群这两个性状有重叠区段(7.20-7.79Mb)。针对这个重叠区段的63个基因进行基因注释,选择到6个与共生、抗病相关的基因作为候选基因进行下一步验证。qRT-PCR分析表明根瘤菌侵染期间Glyma.17G097000基因表达模式与对照相比差异很大。Glyma.17G097000属于GmHIR基因家族,在大豆基因组中发现了11个家族成员。GmHIR家族基因结构相似性很高,基因表达有组织特异性。大豆HIR蛋白有Stomatins和Prohibitin两个结构域,能够参与离子通道调节等生理过程,与植物抗病和细胞周期有关。GmHIR基因来源于四个祖先,进化过程中是高度保守的。对GmHIR基因家族11个成员qRT-PCR检测,结果显示根瘤菌感染期间Glyma.05G029800、Glyma.09G154400和Glyma.17G097000这三个基因与对照相比表达模式差异较大。结果表明这三个基因可能在大豆共生体系建立中起着重要的作用,参与根瘤菌与大豆共生体系建立过程中的离子通道调节和免疫反应。本研究为大豆-根瘤菌共生机制研究奠定基础并提供有效候选基因。     

大豆Glyma04G227700生物信息学分析及与Glyma08G11030互作研究

咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid-O-methyltransferase, COMT)是一种催化苯丙素类化合物羟基上氧原子的甲基化酶。前期研究表明,大豆抵御干旱胁迫的F-box基因Glyma08G11030编码蛋白可能与COMT蛋白Glyma04G227700发生互作,为了预测分析大豆COMT基因Glyma04G227700的功能及二者的互作关系,本研究克隆Glyma04G227700基因,并对其进行生物信息学分析,通过实时荧光定量检测方法分析其在大豆不同组织中的表达情况,并利用酵母双杂交系统验证蛋白互作情况。结果显示：Glyma04G227700基因全长1 095 bp,编码366个氨基酸,与野大豆(RZC17879.1 Glycine soja)亲缘关系较近。Glyma04G227700在大豆的根、茎、叶、子叶中都有表达,且在根和茎中表达量较高,在子叶中表达量最低。酵母双杂结果表明Glyma08G11030与Glyma04G227700蛋白不存在互作。     

基于粳稻F2和F2:6群体的连锁图谱及剑叶性状QTL比较分析

 以粳稻沈农265和丽江新团黑谷 (LTH) 为亲本,分别构建了F2群体和F2:6群体,分析并比较了两群体的遗传信息和控制剑叶相关性状(剑叶长、宽和比叶重)的数量性状基因座。结果表明：1)多数标记在染色体上的顺序相同,但标记间距不同。F2群体中30个标记显著偏离预期的1∶2∶1孟德尔分离比例,13个标记极显著偏离预期的1∶2∶1孟德尔分离比例,其中19个偏向沈农265,11个偏向LTH。F2:6群体中62个标记显著偏离预期的1∶1孟德尔分离比例,38个标记极显著偏离预期的1∶1孟德尔分离比例,其中43个偏向沈农265,19个偏向LTH。偏分离标记共形成10个偏分离区域,其中有6个区域同时出现在两个群体中。2) F2:6群体检测QTL的能力强于F2群体。F2群体共检测到7个控制剑叶性状的QTL (2个控制剑叶长,4个控制剑叶宽,1个控制比叶重),而F2:6群体共检测到17个控制剑叶性状的QTL (7个控制剑叶长,5个控制剑叶宽,5个控制比叶重),其中有4个QTL在两群体中同时检测到,分别是第9染色体上控制剑叶长的qFLL9,第4染色体上控制剑叶宽的qFLW4,第12染色体上控制剑叶宽的qFLW12.1和第6染色体上控制比叶重的qSLW6。其中,控制比叶重的qSLW6 (加性效应值为1.956 mg/cm2),极富研究与应用价值。     

基于粳稻F2和F2:6群体的连锁图谱及剑叶性状QTL比较分析

以粳稻沈农265和丽江新团黑谷 (LTH) 为亲本,分别构建了F2群体和F2:6群体,分析并比较了两群体的遗传信息和控制剑叶相关性状(剑叶长、宽和比叶重)的数量性状基因座.结果表明:1)多数标记在染色体上的顺序相同,但标记间距不同.F2群体中30个标记显著偏离预期的1∶2∶1孟德尔分离比例,13个标记极显著偏离预期的1∶2∶1孟德尔分离比例,其中19个偏向沈农265,11个偏向LTH.F2:6群体中62个标记显著偏离预期的1∶1孟德尔分离比例,38个标记极显著偏离预期的1∶1孟德尔分离比例,其中43个偏向沈农265,19个偏向LTH.偏分离标记共形成10个偏分离区域,其中有6个区域同时出现在两个群体中.2) F2:6群体检测QTL的能力强于F2群体.F2群体共检测到7个控制剑叶性状的QTL (2个控制剑叶长,4个控制剑叶宽,1个控制比叶重),而F2:6群体共检测到17个控制剑叶性状的QTL (7个控制剑叶长,5个控制剑叶宽,5个控制比叶重),其中有4个QTL在两群体中同时检测到,分别是第9染色体上控制剑叶长的qFLL9,第4染色体上控制剑叶宽的qFLW4,第12染色体上控制剑叶宽的qFLW12.1和第6染色体上控制比叶重的qSLW6.其中,控制比叶重的qSLW6 (加性效应值为1.956 mg/cm2),极富研究与应用价值.     

基于高密度大豆SNP遗传图谱的蛋白质和脂肪含量QTL定位及基因注释

为构建脂肪和蛋白含量上存在显著差异的大豆高密度遗传图谱,并对其进行基于SNP标记的QTL定位及定位区间内的基因注释,本研究以吉农45为母本、绥农76为父本杂交获得的F2代分离群体为基础,通过靶向测序基因型分型技术获得SNP标记,构建高密度遗传图谱,结合群体籽粒脂肪和蛋白含量,采用复合区间作图法(CIM)和完备区间作图法(ICIM)进行QTL定位,并根据SNP标记提供的染色体物理位置信息确定QTL所在的物理区间,利用Soybase 和 Phytozome数据库对区间进行基因挖掘、注释和筛选.结果表明:共获得2 399个多态性分子标记,构建了总图距为1 020.5 cM、标记间平均距离为0.61 cM的遗传图谱.CIM法共检测到4个QTL,其中2个蛋白质含量位点分别为qPro-11-1和qPro-11-2,2个脂肪含量位点分别为qOil-7-1和qOil-19-1,贡献率为1.31％～21.69％.ICIM法共检测到3个QTL,其中2个蛋白质含量位点分别为qPro-11-3和qPro-14-1,1个脂肪含量位点为qOil-16-1,贡献率为8.41％～17.83％.通过基因注释,在6个物理区间内分别筛选到26,29,6,1,124和36个与脂肪和蛋白贮藏、油脂生物合成、油分代谢过程、脂肪酸生物合成、种子发育和种子萌发相关的基因.在定位的6个不同位点中,与脂肪含量相关的QTL分别位于7,16和19号染色体,与蛋白质含量相关的QTL分别位于11和14号染色体.有4个位点与前人定位结果相似,qPro-11-2和qPro-14-1为新位点.