春小麦主要籽粒性状的全基因组关联分析

为挖掘控制春小麦主要籽粒性状的关联SNP及候选基因,以国外引进品种、新疆地方品种、新疆自育品种共298份春小麦品种为材料,利用小麦55K SNP芯片,对5个环境下小麦千粒重、粒长、粒宽3个主要籽粒性状进行基于Q+K混合线性模型(mixed linear model,MLM)的全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。结果表明,供试小麦品种的3个主要籽粒性状在5个环境下的变异系数为3.89%~19.77%,其中粒宽的变异幅度最小,千粒重的变异幅度最大。不同环境中,新疆育成品种的3个主要籽粒性状的平均值均最高,而新疆地方品种的3个籽粒性状的平均值均最低。GWAS结果表明,共检测到84个与小麦主要籽粒性状显著关联的稳定SNP位点,它们分布在小麦的21条染色体上,单个SNP位点可解释3.74%~11.18%的表型变异。在1B、2B、3B、4B、5A、5D染色体上检测到6个同时关联多个籽粒性状的稳定位点。对84个SNP位点进行候选基因筛选,筛选到6个可能与小麦主要籽粒性状相关的候选基因,可作为小麦籽粒研究的重要基因。     

玉米百粒重全基因组关联分析

以100份玉米自交系为材料,通过对2019-2020年山西榆次和太谷两地百粒重数据的测定,计算最佳线性无偏差预测值,结合均匀分布于玉米基因组的44 935个SNP标记,基于GLM模型和FarmCPU模型对百粒重进行全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)。关联分析结果表明,共鉴定到25个与百粒重显著关联的SNP(P<2.324e^-5),其中,关联位点1＿274302441、1＿298518163和9＿32699254位于已定位粒重QTL(Quantitative trait loci)的bin内。在显著SNP位点的连锁不平衡范围内共挖掘出28个候选基因,其中,GRMZM2G116640(乙酰氨基葡萄糖转移酶)、GRMZM2G048733(ABA受体蛋白)、GRMZM2G106424(14-3-3类蛋白)和GRMZM2G024104(谷氨酰胺合成酶)等是重要的百粒重候选基因。     

337份小麦品种籽粒相关性状的全基因组关联分析

小麦籽粒大小和形态是决定产量的主要因素之一,挖掘籽粒相关性状的关联位点,筛选相关候选基因为提高小麦产量奠定了重要基础。本研究以337份小麦品种作为研究对象,利用Q+K混合线性模型(MLM)在3个环境(E1:2020年陕西杨凌;E2:2020年陕西斗口;E3:2021年陕西杨凌)下对小麦的千粒重、粒长、粒宽以及籽粒长宽比4个性状进行了全基因组关联分析(GWAS)。在3种环境中,不同小麦品种的4个籽粒性状都表现出了广泛的表型差异,变异系数为5.31%～14.76%,其中粒长的变异幅度最小,千粒重的变异幅度最大。GWAS结果表明,49个显著SNP位点至少在2个环境中被检测到,分布在除1B、4A和7D外的染色体上,解释了3.36%～12.73%的表型变异。检测到一因多效位点31个,在5A染色体上检测到3个环境下与3个籽粒性状(千粒重、粒长、粒宽)稳定相关的位点,表型贡献率为3.51%～7.74%。对稳定关联的SNP位点上下游各200 kb的物理区间内进行候选基因挖掘,筛选到5个(TraesCS2B01G225400、TraesCS4D01G016900、TraesCS5A01G454100、T...     

川渝大豆耐酸铝抗性的鉴定和全基因组关联分析

为发掘川渝地区耐酸铝大豆抗性资源和相关候选基因,选用201份川渝地区的大豆育成和地方品种,以主根相对伸长率作为耐酸铝的指标,采用水培法进行大豆幼苗期抗性鉴定,结合83 622个SNP标记对该性状进行全基因组关联分析。结果表明,201份川渝大豆资源的主根相对伸长率均值为77.0%,变异幅度在13.0%～98.6%之间,变异系数为17.6%,广义遗传率为93.2%。其中,6份大豆资源的主根相对伸长率在95.0%以上,表现出极高的耐酸铝抗性。2份资源的主根相对伸长率小于20.0%,对酸铝环境极敏感。以0.000 1作为显著关联位点的阈值,采用GLM和MLM两种模型同时检测到了4个SNP位点,分别位于2号、11号、20号染色体上的4个单倍型块内。同时,在4个单倍型块内检索出7个候选基因,参考区间内基因的功能注释和转录组表达水平,预测Glyma.02g211800和Glyma.20g185500是大豆耐酸铝应答和生理调控的候选基因。     

多环境下大豆子粒大小性状的全基因组关联分析

为探究多环境下大豆子粒大小性状的分子遗传基础,挖掘与子粒大小性状相关的SNP位点和候选基因,利用150份大豆种质资源在2019年和2020年6个环境条件下对大豆子粒粒长、粒宽、粒厚和百粒重性状进行表型测定,并进行全基因组关联分析。结果表明：在CMLM（压缩混合线性）模型下,在6个环境条件下检测到896个与子粒大小性状显著关联的SNP位点,分布于20条染色体。不同性状检测到72个重叠的SNP位点。检测到39个稳定遗传的SNP位点,贡献率为10.68%~24.93%。通过稳定性与重叠性分析,获得35个稳定表达的SNP位点,贡献率为10.92%~23.16%。在粒宽、粒厚及百粒重性状中同时检测到显著关联的SNP位点最多,位点rs16533609的贡献率最高（16.51%）。根据稳定表达的SNP筛选候选基因,推测Glyma.03G006600、Glyma.04G077100、Glyma.08G203600、Glyma.12G195400、Glyma.17G039800、Glyma.18G202100和Glyma.20G215700等7个基因对大豆子粒大小性状有调控作用。     

玉米株高和穗位高的全基因组关联分析

以360份具有广泛遗传变异的玉米自交系为试验材料,分别在四川崇州、洪雅、雅安和云南西双版纳4个地点,利用44 569个SNP标记对玉米株高、穗位高进行全基因组关联分析。结果表明,在不同环境下,株高和穗位高的表型均符合正态分布,且二者呈极显著的正相关关系。采用混合线性模型MLM在全基因组范围内对控制株高和穗位高的SNP进行挖掘,共检测到6个与株高显著关联的SNP位点,解释表型变异的14.26%;检测到18个与穗位高显著关联的SNP位点,解释表型变异的12.62%。在四川洪雅和雅安两个环境中检测到1个与株高相关稳定的SNP,该位点关联到的基因与细胞氨酰生物合成有关,推测其可能参与生长素合成,进而调控茎秆节间长。     

不同作物种子耐热性评价及油菜种子耐热性全基因组关联分析

全球气候变暖对作物生长发育和产量形成等造成不良影响。对不同作物种子进行耐热性评价，挖掘种子耐热相关基因对于提高作物应对高温胁迫的抗耐性具有重要理论和实践意义。为探索种子耐热性差异，本研究以18个不同作物品种（系）的种子为试验材料，在近100℃高温下分别处理2 h、4 h、6 h、8 h和12 h后统计发芽势和发芽率，结果表明，不同作物种子高温耐受力具有显著差异，但总体趋势是发芽势和发芽率随着处理时间延长而不断降低。芝麻和部分油菜品系的种子耐热性最强，热处理12 h后的发芽势和发芽率仍在50%以上，小麦、水稻、大麦、红花的耐热性中等，花生的耐热性最差，热处理2 h后发芽势和发芽率已下降至10%或以下。为挖掘油菜种子耐热性相关基因，以114份甘蓝型油菜种质资源为材料，在100℃下处理8 h，利用60K SNP芯片数据对2个环境下的发芽势和发芽率进行全基因组关联分析。结果检测到11个与发芽势关联的SNP位点，2个与发芽率关联的SNP位点。在候选区间范围内共筛选到16个耐热相关基因，部分基因的同源基因已有文献报道在其它植物高温胁迫响应中发挥着重要作用。     

外引大麦农艺性状SSR关联位点及等位变异表型效应分析

为了发掘引进大麦携带的优异等位变异,对55份引进大麦材料进行了混合模型（MLM）关联分析和对关联位点等位变异的表型效应进行分析。结果表明,经MLM关联分析,共检测出15个SSR位点与株高、穗长、穗下茎长、千粒重、全生育期等5个农艺性状相关联,其对性状的解释率为3.19%~24.30%,位点GBMS2 和HVM33同时分别与株高、穗长、千粒重等多个性状关联。经表型效应分析,7个位点上的22个有效等位变异中,6个等位变异对穗长、株高和千粒重表现为正向效应,其余对穗长、株高和千粒重表现为负向效应。各等位变异平均效应主要为减效,仅株高、千粒重关联位点的等位变异平均效应为增效。     

玉米苗期抗旱性的全基因组关联分析

对80份吉林省玉米骨干自交系进行重测序及苗期抗旱性表型测定,利用1 490 007个高质量的SNP标记位点对玉米苗期抗旱性进行关联分析。结果表明,共筛选出2个与玉米苗期抗旱性显著关联的SNP位点,分别位于染色体框3.06和5.04位置。在显著SNP位点的连锁不平衡范围内挖掘出2个候选基因,预测其一与植物的生长发育及非生物胁迫相关,另一与脯氨酸合成相关。     

玉米子粒氮浓度全基因组关联分析

利用 253 份玉米自交系为关联群体，利用一般线性模型(GLM)、混合线性模型(MLM)、固定和随机模型交替概率统一(FarmCPU)和基因组相关预测集成工具(GAPIT)，分别对其子粒氮浓度进行全基因组关联分析。结果表明，共鉴定 25个与子粒氮浓度显著关联的 SNP(P<1.72E-05)。其中，GLM、FarmCPU和GAPIT方法分别检测到12、15和1个位点。S3_202120604、S1_2007087 47和S5_10258682在GLM和FarmCPU两种方法中均能检测到。Bin1.06、Bin3.07、Bin5.04、Bin1.07和Bin5.02可能是影响子粒氮浓度的重要区段。共挖掘30个相关候选基因，其中 Zm00001d031747、Zm00001d031749、Zm00001d031753、Zm00001d043502和Zm00001d01339等可能是影响玉米子粒氮浓度的关键候选基因。     

甘蓝型油菜油酸、亚油酸和亚麻酸含量的关联分析

关联分析是一种分辨率较高的高效QTL定位方法。为初步揭示甘蓝型油菜油酸、亚油酸和亚麻酸的遗传基础,挖掘可能控制该性状的候选基因位点,选取192份甘蓝型油菜品种和自交系构建自然群体,利用1 109个SSR和AFLP标记对菜籽中油酸、亚油酸、亚麻酸进行了初步全基因组关联分析。在最优的Q+K模型下,2009-2011年3年共检测到93个显著关联的标记位点,对表型解释的效应值在3.04%~38.34%之间,其中有49个标记在2年或3年中被同时检测到(P0.001)。共检测到15个标记与多个性状共关联,其中有9个与油酸和亚油酸共关联。同时也检测到一些对油酸具有正向贡献的优异等位基因。这些优异等位基因的聚合将有助于改良甘蓝型油菜的脂肪酸成分。     

全基因组关联分析定位水稻分蘖角度QTL

【目的】水稻分蘖角度是影响水稻产量的关键农艺性状,挖掘水稻分蘖角度QTL（基因）及其优势单倍型,有助于构建水稻理想株型。【方法】以333份来自水稻3K资源的核心种质为研究材料,于2020年和2022年分别在湖南农业大学耘园基地和春华基地种植,在抽穗期测量分蘖角度,结合基因型,利用TASSEL 5.2的MLM模型进行全基因组关联分析。【结果】共检测到6个分蘖角度QTL位点,分布在水稻2、5、6、9和12号染色体上,分别命名为qTA2、qTA5、qTA6.1、qTA6.2、qTA9和q TA12,这些QTL的表型贡献率为6.23%～16.22%。除了qTA9与分蘖角度主效QTLTAC1共定位外,其余5个QTL均为新的位点。进一步对5个QTL位点进行候选基因分析,初步筛选到qTA2和qTA6.1的候选基因别为Os02g0817900和Os06g0682800,候选基因Os02g0817900编码水稻细胞色素P450家族蛋白,候选基因Os06g0682800编码锌指结构域蛋白。【结论】本研究挖掘到新的水稻分蘖角度相关位点并对候选基因进行了分析,为分蘖角度新QTL（基因）的克隆以及分蘖角度的遗传...     

基于全基因组SNP构建甘蓝型油菜指纹图谱

甘蓝型油菜是世界上重要的油料作物，可用作油料、饲料以及食品等，具有较高的经济价值。为了高效快速地鉴定并区分油菜品种，加强油菜品种管理，本试验利用505份油菜种质的重测序数据进行SNP鉴定，根据杂合率、位点缺失率以及多态性等指标对SNP集合进行筛选，得到了能够高效鉴定油菜种质的核心SNP位点组合，构建了DNA指纹图谱。该套核心位点组合包括897个位点，其MAF、PIC的平均值分别为0.41、0.474。使用该套SNP位点组合进行品种区分，每两个材料之间的差异位点数目90%为357~508。对核心SNP位点进行精简，最少用17个SNP 标记可完全鉴定该套种质。本研究使用高质量的油菜重测序数据，筛选出了897个核心SNP位点，并利用该套核心SNP组合构建了油菜的特征指纹图谱，为油菜遗传多样性分析、品种鉴定以及种质管理提供数据参考。     

基于高效SNP芯片的小麦产量相关性状全基因组关联分析

挖掘小麦产量相关性状的稳定关联位点，为相关基因克隆和分子标记辅助选择提供理论依据。本研究以248个中国北部冬麦区育成品种为材料，利用自主研发的Affymetrix BAAFS Wheat 90K SNP芯片对株高、穗长、小穗数、穗粒数、有效分蘖数、粒长、粒宽和千粒重共8个产量相关性状进行全基因组关联分析。共检测到158个与8个性状显著关联(P≤0.00001)的SNP位点，其中45个位点至少在两个环境中稳定表达，解释平均表型变异的3.60%~10.51%。在这45个位点中，有8个稳定关联位点与以往的研究结果一致；37个为新发现稳定位点，其中3个与株高稳定关联的位点，分布在7D染色体上，解释表型变异的3.60%~4.39%；9个与穗长稳定关联的位点，分别分布在1D、3A、5B和7D染色体上，解释表型变异的5.61%~8.42%；1个与穗粒数稳定关联的位点，分布在7D染色体上，解释表型变异的6.06%~7.22%；8个与有效分蘖数稳定关联的位点，分布在1B染色体上，解释表型变异的6.33%~8.73%；6个与粒长稳定关联的位点，分别分布在2A和5B染色体上，解释表型变异的5.45%~6.62%；7个与粒宽稳定关联的位点，分别分布在4B和5A染色体上，解释表型变异的6.90%~10.51%；3个与千粒重稳定关联的位点，分布在3A染色体上，解释表型变异的7.05%~7.69%；对稳定位点进行候选基因分析，筛选到45个候选基因，其中有功能注释的基因41个，其中4个位于基因内。     

玉米种子耐储性的全基因组关联分析及候选基因预测

以197份玉米自交系为试材,人工加速老化后进行标准发芽试验,检测种子耐储性相关表型性状,结合平均分布于玉米基因组的SNP标记进行关联分析,挖掘关联SNP位点和候选基因。结果表明,共检测出8个与相对发芽势（RGE）、相对发芽指数（RGI）、相对活力指数（RVI）和相对简易活力指数（RSVI）等性状呈显著关联的SNP位点（P<0.000 1）,分布于染色体bin1.08、bin3.08、bin4.03、bin4.05和bin6.05区域;PZE-104063000、PZE-104064763和PZE-106085414这3个SNP位点均与2个性状关联。预测到7个候选基因,分别与纤维素合成酶活性、翻译起始因子、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性、磷酸二酯酶活性、类囊体膜组分、脂肪酸生物合成酰基转运活性和微管有关组分等相关。     

木薯干旱胁迫响应基因MeGSTU7自然变异分析

在2个木薯品种中检测MeGSTU7基因在不同干旱胁迫阶段的表达量变化，并克隆测序了60个木薯品种的基因区DNA序列，分析基因核苷酸多态性及其自然变异，并将核苷酸多态性与干旱胁迫表型关联分析，挖掘优等位变异。结果表明，干旱胁迫条件下，2个品种的MeGSTU7的表达量均上调。MeGSTU7基因区核苷酸变异丰富，共有23个SNP位点，A/G突变为主；外显子区总计10个同义突变，12个非同义突变；外显子区在品种资源群体中有4种主要单倍型，所有的单倍型分为两大类，分子进化分析表明，MeGSTU7的外显子区的两端受到很强的正选择作用；Q+K+MLM混合线性模型关联分析结果表明，1个Indel和2个SNP与干旱胁迫下地上部鲜重耐旱系数显著关联，并筛选得到了优等位变异。     

采用SLAF-seq技术开发甘蓝型油菜霜霉病抗性SNP位点

由寄生霜霉(Hyaloperonospora parasitica)引起的油菜霜霉病(downy mildew)是油菜主要病害之一。本研究通过将抗霜霉病和感病亲本油菜杂交、F_1自交,得到F_2分离群体,构建抗、感病混池,采用BSA和SLAF(specific length amplified fragment sequencing)技术开发甘蓝型油菜霜霉病抗性相关分子标记。参考已公布油菜(Brassica napus)基因组设计酶切方案,构建SLAF文库并进行双端测序,共开发出132 519个SLAF标签,再通过分析SLAF标签的多态性,检测到264 256个SNP位点。利用SNP-index方法定位关联区域,分析关联区域内的基因在两个亲本之间SNP,对这些SNP进行变异的注释,发现2个非同义突变的SNP,分别是BDsnp01和BDsnp02。经验证,这2个SNP位点是与霜霉病抗性相关的并且在亲本和F2中稳定遗传。使用SNAPER软件设计2对特异引物能够利用电泳直接检测这两个SNP。     

甘蓝型油菜BnDMC1.A01基因的分离及序列分析

人工合成甘蓝型油菜是进行基因组学研究和种质资源创新的重要材料，但其减数分裂过程中经常出现异常，导致基因组遗传的不稳定和花粉育性的下降。DNA meiotic recombinase 1 （DMC1）是植物中控制减数分裂的重要基因，为了解油菜DMC1同源基因的序列及表达变异，本研究利用拟南芥和芸薹属作物DMC1同源基因的外显子保守序列设计引物，分离了常规和合成甘蓝型油菜（Brassica napus L.）A01染色体上的DMC1全长序列。氨基酸序列比对发现，BnDMC1.A01编码的蛋白具有植物中已报道的DMC1典型的保守结构域。分离了19个不同品系中BnDMC1.A01的基因序列，共划分为六种单倍型，发现第二外显子内存在两个导致氨基酸残基变异的SNP位点，该SNP位点在3种类型的油菜中均有分布。基因表达量分析发现，BnDMC1.A01在合成甘蓝型油菜中的表达量较常规油菜高，这些变异是否同人工合成甘蓝型油菜减数分裂异常有关还需进一步的研究验证。     

基于MLM混合线性模型的大豆全基因组关联分析可行性研究

为研究MLM混合线性模型在大豆全基因组关联分析中应用的可行性,以便精确寻找影响表型性状差异的主要基因标记位点范围,帮助检测分析个体在全基因组水平范围内遗传变异的多态性,采用混合线性模型,引入固定效应和随机效应来分解和计算基因组与多性状之间的相关性,对大豆全基因组数据与对应的表型性状进行关联分析。根据模型计算结果得出P值并展示有效基因位点图,不同性状与对应有效基因标记关联性显著突出。通过设定的模拟有效基因位点检验混合线性模型关联分析的遗传评估力,结果高出一般线形模型的效率,验证该方法在大豆全基因组关联分析上具有可行性,可为其它物种进行关联分析研究提供借鉴。     

玉米耐旱相关候选基因dhn2的等位变异与表型性状的关联分析

以95份玉米核心自交系组成的关联作图群体为试验材料,进行耐旱相关候选基因dhn2(编码脱水素蛋白)的序列多样性和连锁不平衡结构分析,挖掘不同种质资源中的等位变异。在考虑群体结构影响的基础上,进行dhn2基因多样性与耐旱相关表型之间的关联分析。结果表明：该基因编码区序列多样性较高,但LD水平较低,并检测出7个多态性位点与表型性状显著关联。