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。     

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。     

基于二代测序的甘蓝型油菜白花基因候选区间定位及连锁标记验证

【目的】近几年随着观光农业的兴起,花色的选育和改良已成为甘蓝型油菜种质资源鉴定和材料创制的重要研究方向。以甘蓝型油菜黄白花分离F2群体为研究对象,通过二代测序技术,对白花性状基因候选区间定位,开发与白花性状连锁的分子标记,为定位白花候选基因和选育白花新材料提供新思路。【方法】以甘蓝型油菜DH纯系黄花Y05和甘蓝型油菜纯系白花W01杂交,观察F1和F2群体的花色分离,分析白花性状遗传模式。在F2群体中选取30株纯白花和30株纯黄花构建DNA叶片子代池和RNA花瓣子代池,对亲本和DNA叶片子代池进行30×重测序,对RNA花瓣子代池进行5×测序。以法国甘蓝型油菜Darmor-bzh、中双11、Darmor、Tapidor为参考序列,重测序QTL-seq分析流程计算2个DNA子代池的SNP-index和delta(SNP-index)。利用R包画出SNP-index和delta(SNP-index)滑窗分析图,鉴定候选区间。转录组MMAPPR分析流程以法国甘蓝型油菜Darmor-bzh为参考序列,计算SNP频率,ED4(Loess fit)检测峰值和鉴定候选区间。利用MISA进行重复序列鉴定,使用Prime3在候选区间进行SSR引物设计,在F2群体中采用聚丙烯酰胺凝胶电泳方法对SSR引物进行筛选。【结果】甘蓝型油菜黄花与白花杂交F2群体中,白花和黄花性状分离比符合3﹕1,暗示白花性状受1对显性主效基因控制。全基因组重测序区间定位结果显示,白花性状基因候选区间在Darmor-bzh C03染色体52—55 Mb。同时以甘蓝型油菜中双11、Darmor、Tapidor分别为参考序列,均鉴定出白花基因候选区间在C03染色体上的一致性和稳定性。转录组测序定位白花性状基因位于Darmor-bzh C03染色体54—55 Mb。转录组测序和重测序定位染色体结果高度一致。在此区间内MISA和Primer3结合设计SSR引物,聚丙烯酰胺凝胶电泳筛选到6个与白花性状紧密连锁共分离的SSR标记。6个SSR标记区间范围在760 kb(52.81—53.57 Mb)。此候选区间与甘蓝、白菜共线性分析,对应白菜A02染色体56.76—57.40 Mb区间,对应甘蓝C03染色体10.99—11.28 Mb区间。【结论】甘蓝型油菜白花性状由1对显性主效基因控制。白花性状基因候选区间在法国甘蓝型油菜Darmor-bzh C03染色体52—55 Mb区间内。此区间760 kb范围内筛选出6个与白花性状基因紧密连锁共分离的SSR标记。     

油菜耐盐相关性状的全基因组关联分析及其候选基因预测

【目的】通过对甘蓝型油菜耐盐相关性状进行全基因组关联分析,寻找可能与油菜耐盐性相关的SNP位点,发掘与油菜耐盐性有关的候选基因。【方法】以1.2%NaCl溶液作为培养液,去离子水为对照,对307个不同品系的甘蓝型油菜进行发芽试验。播种后7 d测定幼苗根长、鲜重及发芽率,计算盐胁迫下各性状相对值,并作为评价耐盐的指标。结合油菜60K SNP芯片,利用SPAGeDi v1.4软件对该群体307份甘蓝型油菜进行亲缘关系分析,并计算亲缘关系值的矩阵。利用软件STRUCTURE v2.3.4对关联群体进行了群体结构分析。为有效排除假关联的影响,将群体结构和材料间的亲缘关系考虑进关联分析中,同时进行了PCA+K模型、Q+K模型以及K模型3种混合线性模型分析和比较,根据所有SNP的–lg(P)观察值和期望值,确定每个性状GWAS分析的最优模型。采用TASSEL 5.0软件,在最优模型下对307份材料耐盐各性状的相对值分别与SNP标记进行全基因组关联分析。利用油菜基因组数据库,在显著SNP位点侧翼序列200 kb范围内提取基因。根据拟南芥中已经明确功能的耐盐相关基因,筛选出目标基因组区段内与耐盐相关的油菜同源基因。【结果】全基因组关联分析共检测到164个与根长显著关联的SNP位点,23个与鲜重显著关联的SNP位点,38个与发芽率显著关联的SNP位点。其中与根长、鲜重、发芽率最显著关联的SNP位点分别位于染色体A08、A02和A06,贡献率分别为23.84%、18.59%和31.81%。在这些显著SNP位点侧翼序列200 kb范围内发掘出可能与油菜耐盐性有关的50个候选基因。这些候选基因主要包括转录因子MYB、WRKY、ABI1、b ZIP、ERF1、CZF1、XERICO等以及一些下游受转录因子调控的不同功能基因NHX1、PTR3、CAT1、HKT、CAX1、ACER、STH、STO等。在根长和发芽率2个不同耐盐性状的分析结果中均筛选出位于A03染色体上的耐盐基因BnaA03g14410D。另外,这些耐盐候选基因中包含两组串联重复基因,分别是位于A03染色体上的BnaA03g18900D和BnaA03g18910D,位于C09染色体上的BnaC09g19080D、BnaC09g19090D和BnaC09g19100D。除此之外,耐盐候选基因中还包含2个距离非常近(中间只间隔2个基因)的重复基因BnaC02g39600D和BnaC02g39630D。【结论】共检测到225个与耐盐性状显著关联的SNP位点,筛选出50个可能与油菜耐盐性有关的候选基因。     

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。     

西瓜果皮颜色及单性花关键基因定位与候选基因筛选

以西瓜浅绿色果皮、完全花品系ZXG1555及绿色果皮、单性花自交系Cream of Saskatchewan（简称“COS”）为亲本构建F2群体,作BSA-seq分析,结合InDel和CAPS标记作基因分型,利用两亲本及其他6份绿色果皮、单性花西瓜品系基因组重测序数据,筛选并预测候选基因。结果表明,浅绿色果皮性状和单性花性状均由单隐性基因调控,利用分子标记筛选隐性性状单株重组事件,将控制两性状的关键基因分别定位于9号染色体1.1 Mb和3号染色体0.7 Mb区间内。筛选区间内候选基因,初步推测Cla97C09G175170(Two-component response regulator-like protein APRR2)和Cla97C03G066110(1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 7)分别为西瓜浅绿色果皮和单性花性状候选基因。     

萝卜花叶性状的遗传分析及基因定位

为筛选控制萝卜花叶性状的候选基因,以萝卜花叶品种J4和板叶品种WA构建F₂分离群体,在F₂群体中,选择20个花叶和20个板叶单株,分别构成花叶和板叶DNA混合池,分析花叶性状的遗传规律。结果显示:萝卜花叶性状受1对基因控制,且花叶对板叶呈不完全显性;结合集团分离分析（bulked segregant analysis,BSA）与简化基因组测序基因型分析技术（genotyping by sequencing,GBS）,将花叶基因定位在R7染色体0.07～7.97 Mb区间内;通过萝卜全基因组与甘蓝型油菜全基因组的共线性分析发现,萝卜候选区间内0.87～1.32 Mb与油菜A10染色体的16.35～16.80 Mb存在很好的共线性;对共线性区段进行基因功能注释确认Rs390250（899863～901 651 bp）为萝卜花叶的候选基因;该基因编码1个HD-ZipⅠ（the class Ⅰ homeodomain leucine-zipper）转录因子,其位于第二外显子的非同义突变位点T425C会导致LZ（leucine zipper）结构域内保...     

基于二代测序的甘蓝型油菜白花基因候选区间定位及连锁标记验证

【目的】近几年随着观光农业的兴起,花色的选育和改良已成为甘蓝型油菜种质资源鉴定和材料创制的重要研究方向。以甘蓝型油菜黄白花分离F₂群体为研究对象,通过二代测序技术,对白花性状基因候选区间定位,开发与白花性状连锁的分子标记,为定位白花候选基因和选育白花新材料提供新思路。【方法】以甘蓝型油菜DH纯系黄花Y05和甘蓝型油菜纯系白花W01杂交,观察F₁和F₂群体的花色分离,分析白花性状遗传模式。在F₂群体中选取30株纯白花和30株纯黄花构建DNA叶片子代池和RNA花瓣子代池,对亲本和DNA叶片子代池进行30×重测序,对RNA花瓣子代池进行5×测序。以法国甘蓝型油菜Darmor-bzh、中双11、Darmor、Tapidor为参考序列,重测序QTL-seq分析流程计算2个DNA子代池的SNP-index和delta（SNP-index）。利用R包画出SNP-index和delta（SNP-index）滑窗分析图,鉴定候选区间。转录组MMAPPR分析流程以法国甘蓝型油菜Darmor-bzh为参考序列,计算SNP频率,ED ⁴（Loess fit）检测峰值和鉴定候选区间。利用MISA进行重复序列鉴定,使用Prime3在候选区间进行SSR引物设计,在F₂群体中采用聚丙烯酰胺凝胶电泳方法对SSR引物进行筛选。【结果】甘蓝型油菜黄花与白花杂交F₂群体中,白花和黄花性状分离比符合3﹕1,暗示白花性状受1对显性主效基因控制。全基因组重测序区间定位结果显示,白花性状基因候选区间在Darmor-bzh C03染色体52—55 Mb。同时以甘蓝型油菜中双11、Darmor、Tapidor分别为参考序列,均鉴定出白花基因候选区间在C03染色体上的一致性和稳定性。转录组测序定位白花性状基因位于Darmor-bzh C03染色体54—55 Mb。转录组测序和重测序定位染色体结果高度一致。在此区间内MISA和Primer3结合设计SSR引物,聚丙烯酰胺凝胶电泳筛选到6个与白花性状紧密连锁共分离的SSR标记。6个SSR标记区间范围在760 kb（52.81—53.57 Mb）。此候选区间与甘蓝、白菜共线性分析,对应白菜A02染色体56.76—57.40 Mb区间,对应甘蓝C03染色体10.99—11.28 Mb区间。【结论】甘蓝型油菜白花性状由1对显性主效基因控制。白花性状基因候选区间在法国甘蓝型油菜Darmor-bzh C03染色体52—55 Mb区间内。此区间760 kb范围内筛选出6个与白花性状基因紧密连锁共分离的SSR标记。     

油菜芥甘种间杂交后代F2及BC1F1群体的遗传分析

根据芥菜型油菜和甘蓝型油菜染色体特异基因的序列设计引物，对芥菜型油菜‘四川黄籽’与甘蓝型油菜‘中双11’杂交后代F2和BC1F1群体进行基因型分析，研究芥甘杂种后代中染色体的遗传规律。结果表明：甘蓝型油菜来源的An03、An08、An09、An10、Cn03、Cn09等6条染色体和芥菜型油菜来源的Aj03、Aj10染色体在BC1F1群体中未见丢失，但Bj07染色体丢失频率最高，达62.83%；F2群体中，芥菜型油菜来源的Aj、Bj基因组染色体比甘蓝型油菜来源的An、Cn基因组染色体丢失多，甘蓝型油菜来源的An08、Cn03染色体和芥菜型油菜来源的Bj08染色体丢失少，分别为1.36%、1.36%和0.90%，而Bj07染色体丢失多，达56.56%；BC1F1群体套袋自交平均结实率仅0.60，最高达5.31，自由授粉平均结实率为1.95，最高达12.85；F2群体套袋自交平均结实率仅0.66，最高达17.70，自由授粉平均结实率为2.18，最高达23.05。综上，芥甘杂交后代中芥菜型油菜遗传物质比甘蓝型油菜亲本的遗传物质更容易丢失，要将芥菜型油菜优异的基因导入甘蓝型油菜创制优质种质，需在油菜芥甘杂交育种的早期世代促进其染色体重组配对。     

利用BSA-Seq筛选甘蓝型油菜菌核病抗性候选基因

油菜菌核病居油菜3大病害之首,它所引起的茎腐烂是导致油菜减产的重要原因之一,因此筛选出调控菌核病的主效基因,对利用分子辅助育种手段提高油菜产量具有重要意义.该研究以甘蓝型油菜高抗材料21Y490为父本与高感材料21Y689杂交,在F2分离群体终花期截取油菜茎秆进行核盘菌室内接种,培养3 d后测量菌斑大小鉴定菌核病抗性.筛选抗性极端表型个体构建DNA混池,与亲本一起重测序提取差异SNP,InDel信息,利用BSA-seq技术、 ED算法和Δ-index算法获得两个显著的关联区域,分别位于C09号染色体的17.8～21.2 Mb和31.6～39.1 Mb区间,区间内共有399个基因.最后,利用拟南芥和甘蓝型油菜基因组注释信息对关联候选区间对应的基因功能进行分析,共筛选出与油菜菌核病抗性相关的8个候选基因(BnaC05g50540D,BnaC09g33900D,BnaA04g09130D,BnaA01g29170D,BnaC09g15640D,BnaC09g35310D,BnaA03g09220D,BnaCnng15460D),通过候选基因同源分析、代谢通路分析及共表达基因分析发现,这些基因...     

G.41×新疆野苹果树体生长性状的QTL精细定位及候选基因预测

【目的】矮化砧木可以诱导地上部接穗品种矮化,实现苹果的丰产和稳产。因此,深入挖掘调控苹果树体生长的基因,可以改善苹果树形,加强苹果园地的管理方便性。【方法】以矮化苹果砧木‘G.41’和乔化苹果砧木新疆野苹果(Malus sieversii)为亲本构建的188株F1代分离群体为试材,并于每个分离群体植株上嫁接‘富士冠军’。基于SSR标记技术,采用Join Map 4.0作图软件构建苹果遗传连锁图,应用Map QTL 5.0作图软件,结合后代群体的表型数据,对接穗高度和接穗横截面积生长性状进行初步QTL定位。结合苹果基因组序列信息,利用Primer5.0软件进行新SSR标记开发,并对初步定位区域进行精细定位及候选基因预测。【结果】该研究从361对SSR引物中筛选出108对在亲本之间表现出多态的SSR引物,多态率为29.9%。其中95对引物用于遗传连锁图谱构建,并在5号连锁群上初步检测出4个与植株生长性状相关的QTL位点,与接穗高度、接穗横截面积性状紧密连锁的两个标记,为L05024和Hi09b04。根据初步定位区域的序列信息,设计了新的SSR引物24对,其中在亲本间表现出多态的有10对,利用该10对引物对5号连锁群重新分析。构建了包含21个SSR标记、总长为86.0 c M的高密度遗传图谱,其平均遗传距离为7.52 c M。通过对接穗高度与接穗横截面积生长相关性状的QTL分析,在SSR标记L05024和Hi09b04之间找到与其相关的QTL位点,其表型贡献率分别为19.2%和51.7%。将该QTL位点与基因组序列对比,发现其物理距离为543 kb,并且该QTL区间包含16个候选基因。推测其中MDP0000323212为与植株生长密切相关的基因。【结论】本研究将砧木诱导矮化基因定位于苹果第5号染色体543 kb区段内,侧翼标记分别为L05024和Hi09b04,其物理距离为4.048—4.591 Mb,并筛选到可能参与调控植株生长的候选基因MDP0000323212。     

切花小菊绿心性状杂种优势与混合遗传分析

【目的】绿心性状是单瓣切花小菊重要的观赏性状,研究切花小菊绿心性状杂种优势和遗传基础以利于指导绿心切花小菊的选育工作。【方法】分别以‘南农丰收’（黄心小菊）ב南农红霞’（绿心小菊）的81个杂交后代和‘南农红云’（绿心小菊）ב南农小清新’（绿心小菊）的70个杂交后代作为遗传群体,选取花心颜色等级得分值（简称花心颜色值,下同）、绿心相对面积和绿心持续期等3个指标对F₁代绿心性状杂种优势进行分析,同时运用单个世代主基因+多基因混合遗传模型对绿心性状进行遗传分析。【结果】2个组合F₁代群体各指标变异系数范围为24.88%-90.76%,组合I（黄心×绿心）各指标变异程度普遍大于组合II（绿心×绿心）,组合II各指标平均值普遍优于组合I。组合I花心颜色值、绿心相对面积和绿心持续期的中亲优势分别为-0.14、-3.42和0.11,除绿心持续期杂种优势为正值,其他指标杂种优势均为负值;组合II花心颜色值、绿心相对面积和绿心持续期的中亲优势分别为-0.11、-10.61和-1.02,绿心持续期的超亲优势为-0.52。2个组合F₁群体均存在正向和负向超亲个体。组合I和组合II的F₁代花心颜色中绿色占比分别为3.70%和2.86%,父本颜色和比母本颜色低一等级的颜色在后代中占比接近且较大,均大于等于20.00%。2个组合绿心颜色得分、绿心相对面积和绿心持续期均由2对主基因控制,除花心颜色值为负向效应外,其他指标表现为正向增效效应。花心颜色值、绿心相对面积和绿心持续期的主基因遗传力分别为98.64%-98.83%、95.04%-96.54%和66.73%-92.52%。2个组合花心颜色值、绿心相对面积与绿心持续期两两之间均呈显著正相关。【结论】F₁代超亲分离现象普遍存在,可选取其中有利个体进行选育,绿色花心颜色遗传能力弱,选择花心颜色为绿色的品种做父本,有利于提高后代出现绿色花心的可能性。花心颜色值、绿心相对面积和绿心持续期均具有高遗传力,适于早期世代选择,各指标之间的正相关性有利于集中优势选育绿心小菊。     

玉米籽粒淀粉粒密度基因tw1的精细定位

【目的】淀粉粒密度影响籽粒容重,通过对一个玉米籽粒淀粉粒密度突变体Mrd进行鉴定和精细定位,为容重相关基因的克隆和功能验证奠定基础。【方法】以育种选系过程中发现的一个淀粉粒密度突变体Mrd为材料,利用近红外光谱分析仪检测其籽粒内部化学成分的变化,用扫描电镜观察授粉后18-45 d正常籽粒和突变籽粒中淀粉粒形态的差异;于2014-2016年分别在河南郑州和原阳以及海南三亚种植Mrd与B73的杂交组合及F₂和BC₁分离群体,并对其进行遗传分析;使用来自maizeGDB（http://www.maizegdb.org）的覆盖全基因组的1 000对SSR引物,通过集团分离分析法（bulked segregation analysis,BSA）筛选与目的基因紧密连锁的标记,实现目的基因的初步定位;并在该定位区间内开发新的标记,对从38 000 BC₁分离群体中筛选出的交换单株进行基因型分析,实现目的基因的精细定位;通过候选基因序列分析、功能预测和等位性测验确定首选候选基因。【结果】该突变体籽粒较正常籽粒体积变小,比重增加;细胞学和化学组份分析结果表明,与野生型籽粒相比,突变体籽粒中的粗蛋白含量降低,粗淀粉含量没有显著变化,淀粉粒形状不规则且变小、密度增加,可能是导致籽粒容重变大的原因;对授粉后不同天数籽粒内部淀粉粒结构的观察显示,突变体籽粒淀粉粒的密度比正常籽粒密度大,并随发育进程不断增加;对Mrd与B73的F₂及测交后代分离群体的遗传分析结果表明,Mrd籽粒突变是由单隐性基因（命名为tw1）控制的;该基因首先被定位在第6染色体的SSR标记umc1105和bnlg1154之间,物理距离为22 Mb;利用上述2个标记对BC₁群体进行交换单株筛选,并开发标记,将该基因定位于SSR标记B3和A47之间,物理距离为0.2 Mb;在该候选区段内有包含su2在内的3个候选基因,等位性测验结果表明,tw1与su2不是等位基因;候选基因序列分析和功能预测结果表明GRMZM2G042607编码的蛋白具有碳水化合物识别结构域,在种子中对碳水化合物的储藏起沉积作用,是tw1最可能的候选基因。【结论】实现了籽粒淀粉粒密度突变性状基因tw1的精细定位,并确定了候选基因为编码一种β-1,3半乳糖基转移酶的GRMZM2G042607。     

油菜株高QTL定位、整合和候选基因鉴定

【目的】通过对油菜株高进行多环境QTL定位并与已报道的油菜株高QTL和植物株高基因分别进行整合和比对分析,揭示油菜株高的遗传结构和候选基因并为其分子改良提供依据。【方法】以油菜优良品种中双11(测序)和No.73290(重测序)衍生的含184个单株的Bna ZNF2群体为试验材料。首先,对Bna ZNF2群体进行基因型分析,利用Joinmap 4.0软件构建了一张含803个分子标记的高密度遗传图谱。其次,对F2:3和F2:4家系进行连续两年(2010—2011)两点(武汉和西宁)田间试验和表型鉴定。然后,利用Bna ZNF2群体的基因型数据和F2:3以及F2:4家系的株高表型数据,采用Win QTLCart 2.5软件的复合区间作图法进行QTL检测。最后,利用元分析的方法采用Bio Mercator软件对不同环境中检测到的株高QTL进行整合。【结果】对两年两点环境下分别检测到的株高QTL进行整合总共得到5个株高QTL的位点:q PH.A2-1、q PH.A2-2、q PH.C2-1、q PH.C3-1和q PH.C3-2,分布于A2、C2和C3染色体上,解释2.6%—55.6%的表型方差。其中,q PH.A2-1和q PH.A2-2只在武汉检测到,而q PH.C2-1、q PH.C3-1和q PH.C3-2只在西宁检测到。位于C2连锁群的主效QTL-q PH.C2-1只在西宁被重复检测到,而且LOD值、加性效应和贡献率(分别为23.4、-16.0和55.6%)均高于前人报道,是目前发现的效应最大的一个油菜株高QTL。基于油菜基因组物理图谱对本研究和已报道的油菜株高QTL和植物株高基因分别进行整合和比对分析,获得了一个由183个QTL和287个候选基因组成的相对完整的油菜株高遗传结构图。其中,有18个株高QTL簇能在不同研究中被共同检测到,分布在A1、A2、A3、A6、A7、A9、C6和C7染色体上。另外,本研究定位到的5个油菜株高QTL的物理位置和已报道的油菜株高QTL均不重叠,因而是新的株高QTL位点。其中,q PH.A2-2、q PH.C3-1和q PH.C3-2物理区间内总共找到了15个株高同源基因,而11个在2个亲本中存在序列变异,被选作候选基因进行进一步研究。【结论】QTL定位和整合获得5个油菜株高QTL,均为首次报道而且都只在武汉或西宁被检测到。其中位于C2连锁群的主效QTL效应值超过以往报道,表现出极强的QTL与环境的互作。通过与已报道的油菜株高QTL和植物株高基因分别进行整合和比对分析,较为全面地揭示了油菜株高的遗传结构和候选基因,生物信息学分析还鉴定到11个位于本研究定位到的3个株高QTL区间内的候选基因。     

水稻雄性不育突变体oss125的遗传分析及基因定位

【目的】对水稻甲磺酸乙酯（EMS）诱变产生的雄性不育突变体oss125进行遗传分析,并利用改进的MutMap方法克隆突变基因,为进一步探讨该基因功能及在农业生产上的应用奠定基础。【方法】用化学诱变剂EMS处理籼稻品种黄华占,通过观察表型,从突变体库中筛选出一株雄性不育突变体,记为oss125。将oss125与野生型黄华占进行杂交,调查F₁的育性和F_{2^{群体的育性分离情况。随机挑取F}2}中30个雄性不育表型的株系,提取DNA后等量混合形成DNA池,采用Illumina Hiseq 2000进行高通量测序。利用改进的MutMap方法分析测序数据获得候选突变位点,并进一步采用高分辨率溶解（HRM）方法确定突变基因与不育表型的连锁关系。对候选基因进行序列分析,同时利用RT-PCR分析该候选基因的表达模式。【结果】oss125突变体在营养生长期表型与野生型黄华占相同,进入生殖生长后,花粉经1% I₂-KI染色显示,以碘败为主（85%）,15%能正常染色,但植株表现为完全雄性不育。oss125作为花粉受体与野生型黄华占杂交能够正常结实,F₁表现为可育,F₂群体的可育植株与不育植株分离比为3﹕1,表明雄性不育表型由1对隐性核基因控制。利用改进的MutMap方法分析突变体测序数据,得到4个候选位点,其中3个位于基因间区,1个位于OsRPA1a的第二个外显子区,编码区A663位点突变为C,导致其编码的氨基酸从谷氨酰胺（Q）突变成脯氨酸（P）,HRM分析显示该突变与雄性不育性状紧密连锁。【结论】OsRPA1a是控制突变体oss125表型的基因,OsRPA1a编码区A663位点突变为C,导致花粉发育异常,植株表现为雄性全不育,但雌性发育正常。OsRPA1a参与水稻雄配子和雌配子发育过程,为水稻减数分裂和体细胞DNA修复所必需。前人报道OsRPA1a的T-DNA插入突变体表现为雌性全不育而雄性半不育,但oss125突变体表现为雄性全不育而雌性可育,说明该基因控制雄性发育和雌性发育的功能可能分布在蛋白质的不同区域,oss125突变体中的OsRPA1a点突变可能坐落于雄性发育功能区,不影响雌性发育功能。     

菊花花器性状杂种优势与混合遗传分析

【目的】花器是菊花观赏价值的最直观表现,了解花器性状的杂种优势和遗传基础以指导菊花育种实践。【方法】以单瓣型秋菊品种‘雨花落英’为母本和重瓣性高的夏菊品种‘奥运含笑’为父本配制F1杂种,调查F1世代6个花器性状在2008-2009两个年度的表型资料,运用单个分离世代的主基因+多基因混合遗传模型,对6个花器性状进行遗传分析。【结果】6个花器性状均存在一定的杂种优势,除管状花数外,花径、舌状花数、舌状花长、舌状花宽和心花直径5个花器性状的中亲优势值均达极显著水平,其中亲优势率分别为-3.19%,-25.17%,-4.46%,-12.81%和5.06%。舌状花长和舌状花宽2个性状无主基因控制;花径符合A-1模型,主基因加性效应(0.618)大于显性效应(0.168);舌状花数符合B-2模型,第一对主基因加性效应(24.575)大于第二对(13.120),显性效应均为0;管状花数符合A-4模型,主基因表现为负向完全显性;心花直径符合表现为加性效应的两对主基因控制的B-3模型。花径、舌状花数、管状花数和心花直径4个花器性状的主基因遗传率分别为66.69%,80.99%,58.24%和56.49%,属于高度遗传力。【结论】杂种优势和超亲分离现象普遍存在,其中花径、舌状花数、舌状花长和舌状花宽4个性状的杂种优势存在显性效应;在花径、舌状花数、管状花数和心花直径4个性状上存在主基因控制且多表现为加性遗传效应,这些主基因存在的发现为菊花花器性状的QTL定位分析和分子标记辅助育种的深入研究奠定了理论基础。     

黄瓜单性结实性状的QTL定位

【目的】黄瓜是世界十大蔬菜之一,单性结实是与黄瓜产量和品质密切相关的重要性状。对黄瓜单性结实进行研究,探明全雌性单性结实性状的遗传规律,并进行QTL定位,为进一步了解其分子机理和标记辅助育种奠定基础,也为黄瓜单性结实性状改良提供理论依据。【方法】试验采用对单株主、侧蔓各夹8朵雌花,待所有单株夹花结束后8-10 d一次性调查单性结实座瓜的方法,通过计算单性结实百分率（单性结实瓜数/所夹雌花数×100%）来评价单性结实能力。利用全雌单性结实材料EC1和雌雄同株非单性结实材料8419、14519分别构建的F₂群体进行遗传分析。以EC1×8419杂交得到的部分F₂为作图群体,利用9930和gy14黄瓜全基因组测序开发的1 335对SSR标记和双亲重测序开发的143对Indel标记引物进行多态引物筛选,采用JionMap4.0软件进行遗传图谱构建,以该配组F_2﹕3家系群体为研究对象,利用WinQTLcart2.5软件进行单性结实QTL检测。运用生物信息学的分析方法对初定位主效QTL区间进行候选基因分析。【结果】试材EC1的单性结实遗传符合数量性状的特征,但与不同材料配组的后代群体分离偏向不同亲本。构建了一张含有7条染色体、116个SSR标记和9个Indel标记的连锁图谱,图谱总长度为802.9 cM,标记间平均距离6.3 cM。共检测到7个与单性结实相关的QTL,分别为Parth1、Parth2-1、Parth2-2、Parth3-1、Parth3-2、Parth5、Parth7,分布在1、2、3、5、7染色体上。其中仅Parth2-1在春、秋两季中均被检测到,LOD值分别为9.0和6.2,贡献率为17.4%和10.2%,位于标记SSR00684-SSR22083之间,认为是控制单性结实的主效QTL位点。该区段的遗传距离为17.1 cM,物理距离2.9 Mb,包含307个基因,推测参与植物激素信号转导的基因Csa2M035330.1和Csa2M070880.1是与单性结实相关性较大的候选基因。其他位点都为微效位点。【结论】单性结实的遗传符合数量性状特征,位于2号染色体上的Parth2-1是控制黄瓜单性结实性状的主效QTL位点。推测植物激素代谢通路中的基因是可能的候选基因。研究结果为单性结实主效基因的精细定位和克隆及分子标记辅助育种奠定了基础。