基于Maize6H-60K芯片精准分型的玉米DH群体遗传规律研究

为解析玉米双单倍体(doubled haploid,DH)群体的遗传规律,使用自主研发的精准分型策略对‘先玉335’DH群体的Maize6H-60K芯片结果进行筛选校正和解析。结果表明:1)通过剔除单态、杂合、缺失标记,使用精准分型策略对标记准确聚类,获得的18 947个SNPs标记覆盖玉米全基因组。2)该群体在10条染色体上平均交换次数为1.84~1.03次,在6号染色体随体区域的交换次数显著减少。3)该群体在1、2、3、8号染色体上存在明显的偏分离现象;通过高频次、高密度的交换,染色体两臂端粒区域理论分离系数表现出回归到50%的趋势。利用获得的重组交换及分离规律可提高从DH群体中筛选到预期育种材料的准确性。     

基于HTP标记对玉米DH、RIL和BC群体遗传规律的比较分析

以先玉335双单倍体(Doubled Haploids,DH)群体、掖107×昌7-2重组自交系(Recombined inbred lines,RIL)群体和京724×京92回交1代(Backcross,BC)群体为试材,采用全基因组覆盖的新型区块标记——单倍型标签多态性(haplotype-tag polymorphisms,HTP)标记,从基因型分离比、亲本遗传片段和重组交换3个角度解析DH、RIL、BC群体的遗传规律。结果表明,DH群体虽然偏分离高于BC群体,平均交换频率低于RIL群体,但该群体样本中不存在杂合和外源片段,均为纯合片段;平均亲本遗传片段长度为384个HTP,高于RIL群体;单代上拥有最高的重组交换次数,相较于其他群体,在群体特点和创制成本等方面具有较多优势。     

适于二碱基重复类型SSR引物指纹分析的连续多峰算法

二碱基重复类型的SSR引物容易出现连续多峰的峰型,对指纹的正确采集造成影响。为提高此类引物指纹分析的准确性和自动化水平,本研究进行了连续多峰指纹采集算法的开发,并测试连续多峰算法与邻峰过滤、N+1峰识别、高低峰过滤和二倍体过滤等其他峰处理算法的相互作用。结果表明,连续多峰算法提高了对二碱基重复类型SSR引物的指纹读取准确性和分析效率,峰的识别和定位更加准确,峰高估值更加真实反映引物扩增情况,连续多峰峰错误识别率由50%以上降低到1%以内,识别精度由2~4 bp提高到1 bp以内,整体分析时间缩短了30%以上;通过调整参数等方式,保证了连续多峰算法与其他峰处理算法的相互协调。连续多峰算法解决了连续多峰的识别、定位及峰高估计的问题,改善了二碱基重复类型的SSR引物的指纹采集效果,消除了基因组上多态性最高、应用最广泛的二碱基重复类型SSR引物的应用限制,为SSR引物在实践中更好的应用提供了重要技术支撑。     

植物品种SSR指纹分析专用软件SSR Analyser的研发

【目的】开发适用于植物品种SSR指纹分析的软件工具,实现植物品种SSR指纹分析的自动化和标准化,解决SSR标记在实际应用中存在的数据采集效率较低、数据共享难度较大等问题。【方法】在商业化软件GeneMarker®的基础上,针对植物品种SSR指纹分析的特殊性,在SSR指纹处理、panel设计、数据库对接等方面进行算法开发或优化,形成植物品种定制化软件SSR Analyser,并在玉米等多种作物上测试其分析效果。【结果】在SSR指纹处理功能上,软件通过先用系统计算的矩阵进行弱消除,再用Pull-up峰匹配算法进行单峰消除的方案实现了对pull-up峰准确自动消除;通过优化N+1峰、连续多峰等特殊峰型读取的算法,解决了特异峰不识别、读不准、误读等问题,对2 bp重复类型SSR标记为主的植物品种指纹采集更加精准;通过完善邻峰过滤、高低峰过滤和二倍体过滤算法,解决了植物品种混合样品的有效峰采集问题。在Panel设计功能上,软件兼顾了Panel设计的灵活性、方便性和统一性,在保证数据采集标准化的前提下,更加适应复杂的试验情况：提高了标记参数设置的灵活性,根据不同参数作用范围,标记参数设置既有针对特定物种、Panel一次性固定设置的参数,也有针对每个引物位点、每块电泳板单独设定或微调的参数;实现了从已有标记中快速重新组合形成新panel的功能;保证了panel的统一调用和同步更新。通过将软件与指纹库管理系统的无缝对接,实现了样品准备到指纹采集全流程的自动化、标准化,形成的指纹库具有直观可追溯的优势。将SSR Analyser在玉米大规模建库中试用,表明该软件的指纹分析更加简单高效,比原软件分析效率提高了10倍以上;将SSR Analyser扩大到水稻、大豆、黄瓜、西瓜、大白菜等多种二倍体作物和小麦、棉花等多倍体作物中试用,表明在二倍体作物上使用效果较好;在多倍体作物上,对其中的二倍体化的标记使用效果较好,但对非二倍体化的标记仍需进一步完善过滤算法。【结论】开发的SSR Analyser软件具有数据分析程序简单高效、对特殊峰型的SSR标记指纹采集精准、适合基于混合样品的植物品种SSR指纹采集、与指纹库管理系统无缝对接的优点,大大改善了SSR标记在植物品种鉴定中的应用效果。     

植物品种DNA指纹鉴定原理及其鉴定方案

植物品种鉴定对保证种子质量及粮食安全具有重要意义。DNA指纹技术在植物品种鉴定中具有独特的优势,DNA指纹鉴定已从间接证据转变为主流方法。本研究总结提炼出品种DNA指纹鉴定技术方案—核心位点组合法,即采用一套固定的核心位点组合来鉴别不同品种,该方案自2003年提出以来不断得到完善:一是在原有核心位点的基础上增加位点数量形成扩展位点组合,以应对派生品种涌现对品种鉴定的更高要求;二是将核心位点进一步分解为群特异位点和品种特异位点,群特异位点发挥快速准确分群的功能,品种特异位点则具有较强的品种鉴别功能;三是在借鉴二倍体作物成熟经验的基础上,进一步提出适合多倍体作物的核心位点组合,即二倍体化的单标记法和组合标记法。从未来发展趋势看,测序技术、基因编辑技术等新技术的飞速发展将大大推动DNA指纹检测方案的完善,提升其在实践中的应用效果。本研究系统阐述了品种鉴定的概念及特点,总结了品种DNA指纹鉴定的主要类型及鉴定思路,提炼了品种DNA指纹鉴定的技术方案,展望了品种DNA指纹鉴定的未来发展趋势,以期对各作物DNA指纹品种鉴定标准的研制及分子技术在DNA指纹库构建和品种鉴定中的应用发挥指导作用。     

基于60K芯片的玉米回交群体精准背景选择策略

利用Maize 6H-60K芯片对京724/京92/京92的BC1代群体进行分子标记辅助背景选择，结合SNP数据特征和回交群体分离特征，开发出一套精准背景选择策略(ABSS:Accurate Background Selection Strategy)及相关算法。从统计结果中选取背景回复程度最高的一批单株作为下一代回交群体的亲本材料。基于Maize 6H-60K芯片分析和筛选产生的28 910个多态性位点，可以对727个样品的背景回复程度进行精细排序，样品背景回复率大部分分布在0.30～0.75(约占样品总数的94.1%)，背景回复率在0.75及以上的样品比例为1.8%。通过分析回交群体重组交换规律以及背景回复率与株高的相关性，进一步验证Maize 6H-60K芯片数据和ABSS的准确性。利用Maize 6H-60K芯片结合ABSS可以精细选择背景回复程度高、重组交换频率相对较低的单株，显著提高背景选择效率，为设计玉米回交群体规模提供参考价值。