甘蓝型油菜品质相关性状全基因组关联分析

采用近红外方法,分析104份甘蓝型油菜种子中的芥酸、油酸与硫代葡萄糖苷含量;运用简化基因组技术(ddRADseq)对全部材料进行基因分型;结合性状与基因型的数据,利用Tassel混合线性模型进行全基因组关联分析。结果表明:芥酸含量与硫代葡萄糖苷呈极显著正相关,油酸含量与芥酸、硫代葡萄糖苷呈极显著负相关;群体结构分析将104份材料划分为4个亚群;通过全基因组关联分析发现,与芥酸、油酸含量显著关联的SNP标记主要分布在A08与C03染色体上,与硫代葡萄糖苷含量显著关联的标记分布在A05、A02与C09染色体上。     

油菜主花序角果密度及其相关性状的全基因组关联分析

【目的】油菜高产是育种工作的主要研究目标之一。角果密度、主花序有效角果数等性状与产量都有显著或极显著的正相关关系,是油菜高产育种考查的主要性状。为揭示油菜角果密度及其相关性状的遗传机理和分子机制奠定基础。【方法】以不同遗传背景和地理来源的213份甘蓝型油菜品种（系）构成的自然群体为研究对象,利用芸薹属60K Illumina Infinium SNP芯片对该群体进行基因型分型。分别于2015年和2016年在成熟期调查该群体主花序有效长和主花序有效角果数,计算主花序角果密度。利用Structure 2.3.4软件对该群体进行群体结构分析,Tassel 5.1.0软件分析亲缘关系和染色体连锁不平衡的衰减;然后基于最优模型对主花序角果密度及其相关性状进行全基因组关联分析（genome-wide association analysis,GWAS）,依据关联SNP位点的LD区间序列,预测与性状相关的重要关联候选基因。【结果】群体结构分析显示,213份甘蓝型油菜分为P1和P2亚群,P1亚群包含50份材料（23.5%）,P2亚群包含163份材料（76.5%）,基本上和油菜的地理栽培属性一致;亲缘关系发现约89.74%材料之间的亲缘关系值小于0.2,其中约有59.91%材料的亲缘关系值为0。总体来看,整个自然群体材料之间的亲缘关系比较远。对A、C基因组进行连锁不平衡分析发现,A和C基因组的r2随着遗传距离的增加而下降,A基因组的衰减距离整体比C基因组的衰减距离小。GWAS分析两年数据共检测到17个SNP位点与主花序角果密度及其相关性状关联。其中与主花序角果密度和主花序有效长相关的SNP标记分别有7个和9个,并分别解释11.34%—15.96%和9.67%—13.10%的表型变异;与主花序有效角果数相关联的标记有1个,解释11.56%的表型变异。通过分析关联SNP位点的LD区间与甘蓝型油菜对应的区间序列,找到22个与主花序角果密度及其相关性状有关的候选基因,其中BnaA01g16940D、BnaC01g38800D和BnaA04g09170D等主要通过调控赤霉素和生长素等内源激素的合成和信号转导来控制主花序角果密度及其相关性状;BnaA01g16970D、BnaA03g29180D、BnaA03g29810D、BnaC01g39680D和 BnaC03g32770D通过对分生组织的调控来改变表型;BnaC09g18690D和 BnaC09g09210D等主要通过控制细胞分裂生长等过程改变表型。【结论】检测到17个SNP标记与油菜主花序角果密度、主花序有效长和主花序有效角果数关联,筛选出22个与主花序角果密度及其相关性状有关的候选基因。     

盐胁迫下甘蓝型油菜发芽期下胚轴和根长的全基因组关联分析

【目的】解析甘蓝型油菜发芽期根和下胚轴发育及耐盐性的调控位点,筛选油菜耐盐性相关的候选基因,可为油菜耐盐性改良提供依据。【方法】以317份具有代表性的甘蓝型油菜自交系为材料,在正常生长和盐胁迫条件下进行沙培鉴定,利用芸薹属60K SNP芯片和全基因组关联分析鉴定正常生长与盐胁迫下甘蓝型油菜发芽期根和下胚轴长度显著关联的SNP,并确定其连锁不平衡区间。通过区间内基因的功能注释及盐胁迫下油菜幼苗根和叶片转录组差异表达基因筛选连锁不平衡区间内的重要候选基因,并以实时荧光定量PCR分析候选基因的组织特异性和盐胁迫诱导表达模式,提高候选基因筛选的准确性。【结果】正常生长和盐胁迫下甘蓝型油菜发芽期下胚轴和根长在不同材料间变异较大,频次分布表明目标性状均为数量性状,受多基因调控。全基因组关联分析模型比较表明,MLM+P+K模型为最优模型。以此模型对目标性状进行全基因组关联分析,检测到45个显著关联SNP,其中40个与下胚轴长度显著关联,5个与根长显著关联,单个SNP解释的表型变异分别为9.12%—14.46%和7.67%—8.93%。重复检测的显著相关SNP中,值得注意的是C04染色体的rs8970,同时与4个性状显著关联,表型贡献率为7.67%—12.35%,是唯一在下胚轴长和根长间重复检测到的显著关联SNP。11个重要关联SNP中有6个位于10—442 kb的连锁不平衡区块中。转录组分析表明,11个连锁不平衡区间共包含447个基因,其中15个受盐胁迫诱导表达。转录组和基因功能注释综合分析表明,BnaSRO1、BnaPAGR2、BnaNPH3、BnaMYB124、BnaSAM-Mtase、BnaBIN2、BnaUMAMIT11、BnaEXPA7、BnaRPT3、BnaEF-hand和BnaF3H很可能为各自区间的候选基因。实时荧光定量PCR结果证实除BnaNPH3外,其他基因均在根或下胚轴中受盐胁迫诱导上调表达。组织特异性分析还发现BnaUMAMIT11、BnaPAGR2和BnaEXPA7主要在萌发的根和下胚轴中特异表达,BnaRPT3、BnaBIN2和BnaMYB124虽然呈组成型表达,但在萌发阶段的下胚轴中表达量最高,证实这些基因很可能参与油菜发芽期根和下胚轴生长发育及耐盐性的调节。【结论】全基因组关联分析共鉴定出45个控制油菜发芽期根和下胚轴发育及耐盐性的显著关联SNP。连锁不平衡、转录组和基因功能注释综合分析初步鉴定出11个重要候选基因。     

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’。     

甘蓝型油菜角果长度全基因组关联分析

【目的】挖掘与油菜角果长度性状显著相关的SNP位点及候选基因,为揭示油菜角果长度性状的遗传基础和分子机制提供理论依据,为油菜产量分子标记辅助选择育种奠定基础。【方法】在江西农业大学试验地和江西省红壤研究所试验地2个环境下考察300份甘蓝型油菜自交系的角果长度性状,利用简化基因组测序技术(specific locus amplified fragment sequencing,SLAF-seq)对300份甘蓝型油菜自交系基因组DNA进行测序并分析,利用获得的均匀分布于甘蓝型油菜基因组上的201 817个群体SNP(single nucleotide polymorphism,SNP)对角果长度性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),探测与油菜角果长度显著相关的SNP位点,并基于群体连锁不平衡分析结果搜寻显著SNP位点两侧100 kb范围内的基因,通过BLAST获得关联区域内基因的注释信息,根据注释信息找出与性状相关的候选基因。【结果】农大试验地角果长度表型变异幅度为46.35—107.07 mm;红壤所试验地角果长度表型变异幅度为39.41—101.35 mm,两性状在2个环境下均表现出广泛表型变异。通过一般线性模型(general linear model,GLM)关联分析,农大环境下共检测到121个角果长度显著关联的SNP位点,分布在A04、A06、A08、A09、C02、C03、C06和C09等8条染色体上,其中,A09染色体上分布最多(83个SNP),红壤所环境下检测到22个角果长度显著关联的SNP位点,其中,1个在C09染色体上,其余21个均分布于A09染色体,在两地探测到20个一致性SNP位点;通过混合线性模型(mixed linear model,MLM)分析,农大环境下共检测到5个角果长度显著关联的SNP位点,其中,3个SNP位点与红壤所环境下检测到3个SNP位点一致,所有位点均位于A09染色体上。对MLM关联分析得到的显著SNP位点两侧100 kb区域内基因进行搜寻并进行功能注释,发现多个候选基因参与调节碳水化合物的运输与合成、花器官和种子的发育、信号转导等,它们可能通过上述功能影响油菜角果的生长,导致角果长度的差异。【结论】通过GLM和MLM两种分析方法探测到多个与油菜角果长度性状显著关联的基因位点,并在显著性位点附近搜寻到相关候选基因。     

芝麻产量相关性状的多位点全基因组关联分析及候选基因预测

【目的】通过对芝麻产量相关性状的全基因组关联分析,挖掘与产量性状关联的SNP位点及预测候选基因,为通过分子标记辅助选择育种等方式提高芝麻产量提供技术基础。【方法】以363份不同遗传背景和地理来源的芝麻种质资源构成的自然群体为研究对象,调查2年2点4环境下8个产量相关性状（单株产量、单株蒴数、蒴粒数、千粒重、株高、主茎果轴长、始蒴高度和表观收获指数）的表型值,借助覆盖全基因组的42 781个SNP标记,利用多位点SNP随机效应混合线性模型（multi-locus random-SNP-effect mixed linear model,mrMLM）对8个产量相关性状进行全基因组关联分析,检测与产量相关性状显著关联的SNP位点,并预测候选基因。【结果】在4个不同环境下,8个产量相关性状表现出广泛的表型变异,变异系数为6.51%—33.57%;相关性分析表明单株产量与单株蒴数、株高、主茎果轴长、表观收获指数呈极显著正相关;方差分析表明产量相关性状的基因型效应、环境效应、基因型与环境互作效应均达到了极显著水平。通过多位点全基因组关联分析共检测到210个与产量相关性状显著关联的SNP,在2018年南阳环境下检测到47个SNP,解释表型变异的1.63%—17.29%;在2019年南阳环境下检测到35个SNP,解释表型变异的1.94%—11.90%;在2018年平舆环境下检测到35个SNP,解释表型变异的2.15%—15.90%;在2019年平舆环境下检测到53个SNP,解释表型变异的1.25%—11.13%;在4个环境的综合BLUP条件下检测到75个SNP,解释表型变异的1.44%—13.58%。上述210个SNP涉及到175个位点,其中10个位点在3个及以上环境中被重复检测到。在这10个位点基因组区域内,共鉴定到214个候选基因,其中156个候选基因具有功能注释,主要涉及植物代谢、生物调控、生长发育等生物学过程。根据功能注释筛选出4个可能与芝麻产量相关的候选基因,其中SIN_1006338编码1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶3（1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 3-like）,参与乙烯的生物合成;SIN_1024330编码碱性螺旋-环-螺旋（basic helix-loop-helix）转录因子,负向调控植物细胞和器官的伸长;SIN_1014512编码吲哚-3-乙酸-酰胺合成酶GH3.6（indole-3-acetic acid-amido synthetase GH3.6）,参与调控茎和下胚轴细胞的伸长生长;SIN_1011473编码泛素受体蛋白DA1（protein DA1-like）,参与调节植物细胞增殖周期。【结论】通过多位点SNP随机效应混合线性模型的全基因组关联分析,检测到175个与产量相关性状显著关联的位点,筛选出4个可能与产量相关的重要候选基因。     

小麦种子活力相关性状全基因组关联分析

【目的】鉴定控制小麦种子活力相关性状位点,发掘相关候选基因,为高活力品种提高理论基础。【方法】以404份遗传背景广泛的小麦为试验材料,对11个种子活力相关性状进行测定,结合基因型信息与活力相关性状参数进行全基因组关联分析。【结果】鉴定出28个与小麦种子活力相关性状的显著关联位点。【结论】发现2个控制小麦种子活力潜在新位点,在这2个位点共检测到80个与种子活力相关的候选基因,其中,TraesCS4A01G020000.1编码LEA蛋白基因和TraesCS5B01G298500.1编码解螺旋酶基因,在种子中特异表达,与种子活力高度相关。     

甜瓜叶绿素含量全基因组关联分析及候选基因预测

【目的】挖掘与叶绿素含量显著关联的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点和候选基因,为甜瓜叶绿素含量改良提供分子靶点和基因资源。【方法】以118份具有广泛变异的甜瓜种质为自然群体,采用2 531 449个高质量SNP标记对叶片叶绿素含量进行全基因组关联分析,挖掘优异等位变异,并预测候选基因。【结果】甜瓜自然群体叶绿素含量趋向正态分布,包含5个明显的亚群。利用Q模型对2次试验的叶绿素含量及其最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction, BLUP)值进行关联分析,共检测到15个显著位点,分布在甜瓜第1、2、4、8、11、12号染色体上,表型贡献解释率为5.62%～6.69%。其中,8个位点的不同基因型之间存在显著表型差异。结合关联位点的候选区域和转录组数据,共鉴定到28个差异表达基因,其中MELO3C018513.2和MELO3C003666.2是改良甜瓜叶绿素含量的潜在候选基因。【结论】通过高质量SNP标记Q模型的全基因组关联分析,共检测到15个与叶绿素含量显著关联的位点,筛选出2个可能与叶绿素含...     

苯磺隆胁迫下油菜萌发期相关性状的全基因组关联分析

目的 研究苯磺隆残留对油菜种子萌发的影响,运用全基因组关联分析（genome-wide association analysis,GWAS）揭示苯磺隆胁迫下油菜萌发期相关性状的遗传因子和候选基因,探究油菜在苯磺隆逆境胁迫下的生理形态所反映的基因调控机制,为耐苯磺隆油菜品种的研究提供参考。方法 以241份甘蓝型油菜品种（系）为材料、25 mg·L ^-1苯磺隆溶液为处理液、蒸馏水为对照进行发芽试验。发芽7 d测定并计算相对发芽率、相对根长和相对鲜重。结合芸薹属60K SNP芯片分析群体基因型,通过STRUCTURE软件和TASSEL软件分别对该群体进行群体结构分析以及亲缘关系和LD衰减分析。为有效排除假关联的影响,采用一般线性模型（GLM）和混合线性模型（MLM）中的6种模型进行比较,确定每个性状GWAS分析的最优模型。同时,利用TASSEL软件在最优模型下对241份材料的3个性状分别进行全基因组关联分析,根据关联SNP位点的LD区间序列预测候选基因。 结果 241份品种（系）群体可分为P1（94份材料）和P2（147份材料）2个亚群,其中约56.28%的材料之间的亲缘关系值为0。全基因组关联分析（K+PCA模型）共检测到16个与性状显著关联的SNP位点,这些位点可解释9.42%—13.14%的表型变异率。通过分析显著SNP位点的LD区间与甘蓝型油菜对应的区间序列,筛选出25个候选基因可能与油菜耐苯磺隆有关,其中9个为细胞色素P450家族基因,5个参与谷胱甘肽合成或代谢过程,2个为多药耐药相关蛋白基因。同时发现与相对发芽率显著相关的基因ATGSTU19编码谷胱甘肽转移酶,参与毒素分解过程,在各种胁迫反应中起重要作用。在相对根长和相对鲜重共同鉴定到的候选基因BnaC02g27690D功能未知。结论 共检测到16个SNP位点与耐苯磺隆性状显著关联,筛选出25个候选基因可能与油菜耐苯磺隆有关。     

广益黑猪繁殖性状的全基因组关联分析

选取441头广益黑猪经产母猪为研究对象,利用猪50K SNP芯片对猪耳组织DNA进行基因型分型,PLINK 1.9质控后,采用GMAT中的重复力模型进行猪繁殖性状相关的全基因组关联分析,确定显著位点。结果表明：441头经产广益黑猪母猪的耳组织DNA基因分型共获得50 898个SNPs,经质控剩余46 165个SNPs位点用于关联分析;平均亲缘关系系数为–0.002 2,平均亲缘关系较远,不存在明显的群体分层;总产仔数性状有1个SNP在全基因组范围内达到显著相关,4个SNPs达到潜在显著关联,候选基因包括PIK3C3、ENSSSCG00000003753、MAP3K3、DCAF7;产活仔数性状有6个SNPs潜在显著关联,候选基因包括ZNF585A、ENSSSCG00000022411、ZNF784、ENSSSCG00000029007、PigE–108A11.5、PigE–108A11.3、ENSSSCG00000023343;弱仔性状有1个SNP达潜在显著关联,候选基因包括KRTAP7–1和TIAM1;经基因功能分析推测,PIK3C3、MAP3K3可能是影响猪总产仔数的候选基因。     

甘蓝型油菜polCMS育性恢复位点的全基因组关联分析

【目的】甘蓝型油菜波里马细胞质雄性不育(pol CMS)在中国已被广泛应用于杂交种育种,其育性恢复程度表现出受1对主效基因的控制,并受微效修饰基因的影响。通过全基因组关联分析方法挖掘育性恢复位点,并对候选基因进行比较分析。【方法】通过芸薹属60K SNP芯片对308份甘蓝型油菜自然群体进行基因型分型,并用pol CMS系301A作母本,与上述材料分别进行杂交得到308份F1,每份F-_1分别于2013年和2014年进行种植,每年2次重复,于始花期根据花粉育性和花蕊发育情况调查F1植株的育性等级,同时对测交父本自然群体进行群体结构分析和亲缘关系评估,并结合测交父本的基因型分型结果和F_1的育性等级进行全基因组关联分析(GWAS)。从GWAS分析中显著的SNP左右100 kb区间或与显著SNP处于同一单体型块(R~20.5)的区间内预测候选基因,并对候选基因进行QTL比较分析和单体型或等位基因的效应分析。【结果】方差分析结果显示,两年F_1的育性等级存在显著差异(P0.01),但相关分析发现,两年的育性等级存在显著的正相关(r=0.52,P0.001)。群体结构分析显示,所有测交父本被分为3个亚群(冬性、春性和半冬性),亲缘关系分析发现,任何2个材料之间平均亲缘关系值为0.072,73%的任意材料间亲缘关系值小于0.1,其中,约53%的材料亲缘关系值为0。GWAS分析共检测到13个与育性恢复程度显著关联的SNP,构成了6个候选区间,分别位于A01、A09、C03、C06和C08 5条染色体上,单个SNP解释的表型变异介于2.53%—9.96%。从中共预测到6个与育性恢复位点相关的候选基因,其中4个编码的蛋白含有恢复基因特有的PPR保守基序。共线性分析发现,4个候选基因中的2个(Bna A09g46700D和Bna C08g40710D)位于A09和C08染色体部分同源区间,且与已克隆的pol CMS育性恢复位点ORF2同源。另外2个新鉴定到的候选基因(Bna C03g45840D和Bna C06g13000D)连锁的SNP等位基因或单体型变化都与育性等级显著相关(P0.001)。【结论】通过GWAS分析鉴定到多个与油菜育性恢复有关的候选基因,开发基于与这些基因连锁位点或SNP的功能标记将有助于对该不育系统进行恢复系和保持系的筛选。     

转入OsLTP对甘蓝型油菜耐盐水平的影响

【目的】验证OsLTP对油菜耐盐胁迫的影响。【方法】构建高效表达载体pCAM2300-35S-LTP-Ocs,使用农杆菌介导的油菜下胚轴转化方法,将来自巴西旱稻的OsLTP导入到甘蓝型油菜扬油6号中。通过PCR和Southern杂交验证转基因植株,并测定不同浓度NaCl胁迫下转OsLTP植株的生物量和生理指标,鉴定其耐盐性。【结果】分子鉴定表明运用上述方法成功地将外源OsLTP导入甘蓝型油菜中。在100 mmol•L-1 NaCl和200 mmol•L-1 NaCl处理下,转基因后代植株的生物量、叶绿素积累量、PSⅡ活性和叶片抗氧化酶活性均比非转基因植株高,而叶片MDA含量低于对照。【结论】导入的OsLTP通过保持叶片中PSⅡ的活性,维持叶绿素的积累,提高抗氧化酶活性等途径来提高转基因甘蓝型油菜的耐盐水平。     

甘蓝型油菜种子和角果皮中硫苷含量的动态变化及转录组关联分析

【目的】探索甘蓝型油菜不同发育时期种子和角果皮硫苷含量的动态变化规律,通过转录组关联分析解析控制硫苷含量变异的遗传机制。【方法】在由113个油菜品种构成的自然群体中,利用高效液相色谱法检测不同发育时期油菜种子及角果皮中的硫苷含量。提取油菜幼嫩叶片mRNA并进行mRNA-Seq测序,开发了355 536个单核苷酸多态性标记（SNP）和116 098个基因表达量标记（GEM）。将开发的SNPs和GEMs分别导入到混合线性模型（MLM）和回归分析模型中进行关联分析,获得与油菜硫苷表型变异显著相关的遗传位点,进一步通过序列比对和功能预测筛选确定候选基因。【结果】授粉后15 d（15 DAP）,油菜种子和角果皮的硫苷含量变异范围分别是1.69-20.45和1.47-25.23 μmol·g^-1。25 DAP种子、25 DAP角果皮以及成熟种子的硫苷变异范围分别是2.17-147.21、0.73-130.77和8.87-111.83 μmol·g^-1。后两个时期（即25 DAP和成熟期）的硫苷含量表现出较大变异,适合进行转录组关联分析。基于mRNA-Seq测序数据,经质量控制后获得256 397个高质量的SNP标记（MAF＞0.01）和53 889个GEM标记（平均基因表达量＞0.4）。利用SNP标记对成熟种子、25 DAP种子和25 DAP角果皮硫苷含量进行关联分析,分别检测到167、158和3个显著关联位点（-log₁₀P＞6.71）。其中,与成熟种子显著关联的SNP标记形成5个明显的关联峰,分别位于A2、A9、C2、C7和C9染色体上。同时,利用GEM标记进行的关联分析中,分别检测到127、16和24个与成熟种子、25 DAP种子、25 DAP角果皮硫苷含量显著关联的位点（-log₁₀P＞6.03）,这些位点主要分布在A2、A8、A9、C2和C9染色体上并形成明显的关联峰。其中,成熟种子和25 DAP角果皮在A9、C2和C9染色体上形成共同的关联峰。通过与公共数据库的基因组序列比对和功能注释,共筛选到295个功能基因,其中25个基因涉及硫苷代谢网路途径,直接参与硫苷的调控。其余基因虽然没有直接参与硫苷代谢过程,但是它们大多属于转录因子基因、刺激响应因子基因,涉及细胞过程或是具有催化活性,因而推测在硫苷积累中同样起到重要作用。【结论】油菜角果皮中的硫苷含量较高,而且与种子硫苷含量显著正相关,是硫苷合成或转运的重要器官。共检测到328个SNP显著标记和144个GEM显著标记,筛选到25个与硫苷合成或者转运有关的功能基因以及73个功能未知的新基因。     

白菜类作物开花时间的全基因组关联分析

【目的】解析白菜类作物开花时间的调控位点,定位白菜类作物开花时间相关的候选基因,为白菜类作物抽薹开花时间的遗传改良提供依据。【方法】以116份白菜类作物组成的自然群体作为研究材料,分别种植在温室与露地2个独立的环境中,进行开花时间调查。同时,提取试验材料的DNA样品进行深度为1.2x的重测序,对测序数据用Pooled Mapping法进行过滤、与参考基因组比对,获得全基因组高密度SNP集合。经过条件过滤后,对高质量的SNP集合进行生物信息分析,包括试验材料的群体结构分析和全基因组连锁不平衡分析。从高质量的SNP集合中,随机挑选出2 000个变异位点,用Phy ML软件以最大似然法对116份试验材料进行系统发育树分析。用全部的高质量SNP集合位点通过软件Haploview进行全基因组连锁不平衡分析。最后,将高质量的SNP集合与开花时间数据结合,通过TASSEL和GAPIT软件包以及R程序语言进行全基因组关联分析。根据强关联峰值信号点位置和连锁不平衡区间定位开花时间候选位点,再通过白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析来预测白菜类作物开花时间相关的候选基因。【结果】不同种植条件下、不同类型的白菜类作物在开花时间上存在广泛差异。试验材料在露地环境下的开花时间高峰期明显早于温室环境下的材料;试验材料在露地环境下的开花时间总体表现出偏正态分布,而在温室环境下,开花时间各个阶段呈现出较为均衡的分布。温室与露地环境下的开花时间呈显著正相关。通过生物信息学分析最终得到的高质量SNP位点共103万个。试验材料的群体结构分析表明在系统发育树上各亚群内部分布较为集中,不同亚群之间的分布与材料的地理起源密切相关。全基因组衰减平均LD为2.3 kb,表明在116份白菜类作物构建的群体内存在较为频繁的重组和突变。对不同条件下的开花时间进行全基因组关联分析,用复合模型检测到54个(P4)强关联峰值信号点,一般模型检测到87个(P5)。通过进一步分析强关联信号点的连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)区段,得到存在强连锁关系(r20.33)的峰值信号点共33个(温室环境下27个,露地环境下19个)。其中,在温室与露地环境下的共定位位点13个。根据33个关联候选位点,再通过白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析筛选出白菜类作物开花时间相关的候选基因14个,其中温室与露地环境下共定位候选基因3个(FUL、PHYB和FPF1)。在露地条件下定位到开花关键基因FT1。【结论】不同条件下开花时间的相关性分析表明,遗传效应在开花早晚中起着决定性作用。全基因组关联分析共鉴定出33个与开花时间相关的显著关联信号。通过连锁不平衡分析、白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析初步鉴定出14个白菜类作物开花时间相关的候选基因。     

异源表达irrE转基因烟草的耐盐耐旱性

【目的】IrrE是从耐辐射异常球菌中发现的全局调控蛋白,主要通过修复强辐射等逆境条件下DNA损伤,提高耐辐射异常球菌对极端逆境环境的抗性。研究按植物密码子优化的irrE后导入烟草对转基因烟草耐逆能力的提高,为棉花等作物耐逆育种研究打下基础。【方法】按照植物密码子优化细菌irrE并合成基因;通过酶切连接法构建irrE植物表达载体;通过叶盘法转化烟草并PCR验证获得阳性转基因再生苗;通过实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析转基因株系中irrE的表达量;通过蛋白免疫印迹法(Western blot)检测IrrE编码蛋白;通过NaCl和甘露醇模拟盐处理和干旱处理分析纯和转基因株系的耐盐耐旱性,通过测定抗逆相关生理指标鉴定其对植物耐逆的贡献。【结果】按照植物密码子对irrE进行改造,共优化了241个密码子;构建了高效植物表达载体GBI-IE;利用除草剂草甘膦作为筛选剂获得转基因再生幼苗,并通过PCR验证共获得15个独立的转基因株系;通过q RT-PCR分析从中选取两个表达量最高的株系GO1和GO2进行后续的抗逆性分析;Western blot验证IrrE编码蛋白在GO1和GO2中能正确翻译。转基因烟草耐盐耐旱性分析:种子萌发试验表明,正常1/2 MS培养基上,转基因株系GO1和GO2发芽率和非转基因野生型对照之间没有明显的差异。然而250 mmol·L~(-1)NaCl培养基上GO1和GO2萌发率分别为78.8%和90.0%,野生型仅为10.3%,分别提高了68.5%和79.7%。类似地,300 mmol·L~(-1)甘露醇条件下,野生型的萌发率为39.7%,转基因株系GO1和GO2分别提高了42.9%和50.8%;正常萌发的种子移栽到250 mmol·L~(-1) NaCl和300 mmol·L~(-1)甘露醇条件12 d后,转基因株系根长、侧根数以及鲜重等生理指标显著高于野生型对照;温室中正常生长30 d的苗期烟草在250 mmol·L~(-1) NaCl处理下,转基因烟草SOD、CAT活性比野生型对照分别提高了48.80%和88.55%,而MDA含量比野生型对照降低了61.61%,胁迫响应基因Nt ABF2、Nt LEA5、Ntzfp、Nt CDPK2在GO1和GO2转基因株系中表达量均显著高于非转基因野生型。和盐处理结果类似,300 mmol·L~(-1)甘露醇的处理下,转基因烟草的耐旱生理生化指标均优于非转基因对照。【结论】烟草中异源表达耐辐射异常球菌irrE可以显著提高耐盐耐旱性;其多效性耐非生物胁迫能力的提高表明其可作为植物耐逆基因工程的优良基因源。