基于杂交群体解析玉米籽粒大小相关性状及其配合力的分子遗传机制

配合力是育种过程中评价自交系潜力、筛选优良杂交组合的重要指标。籽粒大小相关性状是产量的重要构成因子,解析籽粒大小相关性状及其配合力的遗传基础有助于高产玉米品种的培育。本研究以NCII遗传交配设计获得的246份玉米杂交组合为材料展开籽粒大小相关性状及其配合力的全基因组关联分析。研究表明,粒长、粒宽、粒厚3个性状的广义遗传力分别为76.20%、86.52%和81.14%,各性状与其配合力均呈显著正相关(0.58～0.82)。基于EMMAX(efficientmixed-modelassociationexpedited)算法检测到31、21、5个显著的SNP(singlenucleotidepolymorphism),它们分别与性状、GCA (general combining ability)和SCA (special combining ability)关联,其中10个SNP为性状与配合力共定位的。对共定位的SNP进行效应分析,发现3个为加性效应、4个为部分显性效应、1个为超显性效应。结合公共数据库中基因注释及籽粒发育相关转录组数据,在共定位、主效SNP位点附近共筛选到17个候选基因,...     

玉米行粒数的全基因组关联分析

行粒数是玉米重要的产量构成性状之一,对其遗传机理进行深入研究具有重要的理论和现实意义。本研究以吉林省80份核心玉米自交系作为关联群体,于2014年和2015年分别在吉林省长春和梅河口进行行粒数测定。同时利用第2代测序技术对关联群体进行全基因组重测序,获得的SNP标记用于后续分析。结果显示,不同环境下玉米行粒数表型性状变异范围在12.0~41.6之间,遗传力为36.4%。关联分析结果共得到19个与玉米行粒数显著关联的SNP标记,其中位于染色体框2.04和3.08的两个标记在2015年长春和梅河口均被检测到,14个SNP标记位于前人已定位到的QTL置信区间内。在显著性SNP标记的连锁不平衡区域内挖掘出4个候选基因,分别预测编码泛素化目标受体蛋白、金属依赖性磷酸水解酶、重金属转运/解毒蛋白及一个无特征功能的假定蛋白,可能与玉米行粒数的发育形成密切相关。     

玉米籽粒淀粉含量全基因组关联分析和候选基因预测

玉米是重要的粮食作物,其籽粒重量的70%来自于淀粉。淀粉不仅是人类及其他动物的主要能量来源,同时也是化工等行业的重要原料。本研究利用711份玉米自交系作为关联群体,对2个环境下玉米籽粒湿基淀粉含量和干基淀粉含量进行统计分析,结合覆盖玉米全基因组的2799个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)标记,通过FarmCPU模型对玉米籽粒淀粉含量性状开展全基因组关联分析(genome-wideassociationstudy,GWAS),共关联到67个显著SNP位点,其中23个高可信度显著SNP位点可在多个环境重复检测到。3个高可信度SNP标记位点为本研究首次发现与玉米籽粒淀粉含量相关,其余20个SNP标记位于前人已定位QTL(quantitative trait locus)置信区间或/和已报道与籽粒淀粉含量显著相关SNP标记1Mb之内。进一步通过基因功能注释、基因本体论(gene ontology, GO)分析及籽粒胚乳基因表达分析,在23个高可信度显著SNP位点上下游各200 kb候选区间共挖掘45个重要候选基因,涉及淀粉生物合成与代谢、...     

玉米籽粒颜色全基因组关联分析

籽粒颜色是玉米重要的性状之一,籽粒色素影响玉米的营养价值和商品品质,解析其遗传机制对玉米优良种质选育至关重要。本研究以244份玉米优良自交系为材料,分析其籽粒颜色的遗传变异规律,并利用覆盖玉米全基因组的913万个SNP标记,开展籽粒颜色的全基因组关联分析,以期初步解析玉米籽粒颜色的遗传学基础。结果显示,共检测到258个SNP位点与玉米籽粒颜色性状紧密关联,其中与Level、R、G、B、Gray和RGB性状显著关联的SNP位点(Sig SNP)分别有27、11、7、197、5和11个,且有6个位点/区间(meta SNP)被至少2个性状同时定位到。所有显著性SNP位点附近共定位到482个候选基因,其中37个候选基因位于meta SNP区域,控制玉米黄白粒的Y1基因和类胡萝卜素合成的DXS3基因被籽粒颜色B值定位到。本研究结果可为进一步筛选控制籽粒颜色的基因和指导籽粒颜色选择育种提供理论基础。     

玉米粒宽的全基因组关联分析及候选基因结构预测

粒宽与产量有显著正相关性,为了筛选与玉米粒宽紧密关联的SNP位点和控制粒宽的相关的候选基因,本实验采用全基因组关联分析的方法,以139份核心玉米自交系为关联群体,对其粒宽进行考种测量。同时利用6 973个高质量的SNP标记,结合表型数据进行全基因组关联分析。关联分析结果共检测到21个与玉米粒宽显著性相关的SNP位点,在LD衰退有效距离上下20 kb范围内挖掘到2个候选基因,与前人报道的完全一致,分别是主要编码叶绿体中钠代谢物共转运体BASS4 (GRMZM2G092475)、含SWIB复合BAF60b结构域的蛋白(GRMZM2G124502)。本研究为进一步了解粒宽的遗传结构和研发高产品种具有一定的理论基础。     

大豆生物量与产量组分间的相关及关联分析

生物量与后期的籽粒产量存在紧密联系,是决定作物经济产量的主要因素之一。本研究利用自然群体中的1142 SNP在2年环境下通过全基因组关联分析检测大豆基因组中与生物量及产量组分显著关联的SNP。结果表明:(1)生物量、百粒重和单株籽粒产量在自然群体中存在广泛的表型及遗传变异,并存在极显著的正相关,其中生物量与单株籽粒产量之间的相关略高于与百粒重;(2)两年环境下共检测到41、56和29个SNP分别与生物量、百粒重和单株籽粒产量显著关联,其中仅有6、19和1个SNP在2个环境中都被检测到;(3)共检测到15个SNP同时控制2个或2个以上性状,其中位于第19染色体上的BARC-029051-06057位点被检测到同时与生物量、百粒重和单株籽粒产量3个性状显著关联,表明有共同的遗传基础,同时也解释了性状间相关的遗传原因;(4)鉴定到的多个SNP与先前我们对叶绿素荧光参数及多个环境下产量相关性状的定位结果共位。这些显著关联SNP位点的鉴定,有助于理解生物量及产量相关性状的遗传机制,从而促进利用分子标记辅助选择聚合有利基因,实现未来大豆高产育种计划。     

玉米耐深播相关性状的全基因组关联分析

在干旱、半干旱地区,培育耐深播玉米品种对于玉米生产有十分重要的意义。对165份玉米自交系中胚轴长等耐深播相关性状进行调查,结合平均分布于玉米基因组的41101个单核等酸多态性(SNP)标记进行全基因组关联分析,筛选出5个与性状显著关联的SNP(P＜0.0001),分别位于染色体bin10.03和bins.04。对候选基因分析发现,其中4个SNP编码产物分别为酞基载体蛋白、含plus-3结构域蛋白、含FAD结构域蛋白和过氧化物酶亚家族蛋白。研究将为耐深播性状相关基因的克隆莫定基础。     

玉米胚大小及其相关性状的QTL分析

胚大小在调控玉米籽粒营养组成及籽粒大小方面扮演着重要角色,解析玉米胚大小自然变异的遗传基础对玉米籽粒品质和产量的协同改良具有重要意义。本研究利用由普通玉米自交系B73和高油玉米自交系By804组配的RIL群体,结合高密度的SNP遗传图谱同时对玉米胚大小、籽粒大小和油分等15个性状进行QTL定位分析,共鉴定到82个QTL,包括38个胚大小性状QTL、23个籽粒大小性状QTL和21个油分性状QTL。每个QTL解释的表型变异范围为2.50%～26.32%,平均为7.94%。QTL的置信区间变幅为0.3～52.8 Mb,平均长度为11.6 Mb;置信区间小于5、10和20 Mb的QTL占所有QTL的比例分别为32.9%、58.5%和79.3%。对检测到的QTL位点进行共定位分析鉴定到15个QTL热点区域,其中10个热点区域至少调控胚大小、籽粒大小、油分等三类性状中的两类,5个QTL热点区域只控制一类性状。在上述热点区域内,鉴定到已克隆的控制玉米籽粒油分的主效基因DGAT1-2和影响籽粒发育的基因Dek15。这些结果为玉米籽粒品质改良提供了重要信息。     

导读

李博等报道了对"玉米穗位高全基因组关联分析及其候选基因预测"结果:利用41101个SNP标记对159份我国玉米自交系进行全基因组分析,检测到7个与穗位高显著相关SNP,并确定7个候选基因。将     

玉米穗行数全基因组关联分析

穗行数是玉米产量的重要组成性状,其遗传解析对高产育种具有指导意义。本文以203份主要玉米自交系为材料,2007年在新疆乌鲁木齐、吉林公主岭和海南三亚进行穗行数测定;采用分布于玉米基因组的41 101个单核苷酸多态性(SNP)标记对穗行数进行关联分析。共鉴定出9个与穗行数显著关联(P0.0001)的SNP,分别位于染色体框1.02、1.10、7.03、8.02、9.06和10.03。8个SNP位于已定位的数量性状座位(QTL)区间内。在显著SNP位点LD区域内发掘出4个候选基因,分别编码含F-box结构域的生长素受体蛋白、玉米kn1蛋白、AP2结构域蛋白和富亮氨酸重复的跨膜蛋白激酶。采用全基因组关联分析策略发掘穗行数基因位点及候选基因,将为克隆控制玉米产量性状基因奠定基础。     

玉米花期性状的全基因组关联分析

花期性状是玉米的重要性状,与熟期、散粉结实率和产量关系密切,对玉米品种选育至关重要。为探究玉米花期性状的遗传基础,本研究以248份遗传多样性丰富的玉米自交系作为关联群体,通过2017年和2018年在河北保定和辛集的田间试验调查抽雄期、散粉期、吐丝期和散粉吐丝间隔期4个花期相关性状,利用分布于全基因组的83057个SNP标记进行关联分析。结果表明,4个花期相关性状的基因型、年份、地点、基因型与地点的互作、基因型与年份的互作均达到极显著水平;抽雄期、散粉期、吐丝期的遗传率分别为71.77%、71.27%、73.93%,并且两两性状间呈极显著正相关,散粉吐丝间隔期遗传率为62.50%,仅与吐丝期呈极显著正相关;4个花期性状共检测到18个SNPs-性状关联(共涉及16个SNP位点),单个位点的表型贡献率范围为5.46%~28.36%,仅1个位点在不同性状中检测到;筛选到81个候选基因,其中36个在GO分析中具有功能注释。潜在候选基因GRMZM5G877647编码early flowering 4蛋白,参与光周期的调节;GRMZM2G173630编码类赤霉素受体蛋白参与植物激素信号转导;GRMZM2G001139、GRMZM2G375707编码与花器官建成的MADS转录因子。这些潜在候选基因为解析玉米花期性状遗传基础和分子辅助选择育种提供参考。     

QTL for maize grain yield identified by QTL mapping in six environments and consensus loci for grain weight detected by meta‐analysis

Grain yield is the most important and complicated trait in maize. In this study, a total of 498 recombinant inbred lines (RIL) derived from a biparental cross of two elite inbred lines, 178 and P53, were grown in six different environments. Quantitative trait locus (QTL) mapping was conducted for three grain yield component traits (100 grain weight, ear weight and kernel weight per plant). Subsequently, meta‐analysis was performed after a comprehensive review of the research on QTL mapping for grain weight (100, 300 and 1000) using BioMercator V4.2. In total, 62 QTLs were identified for 100 grain weight, ear weight and kernel weight per plant in six environments. Forty‐three meta‐QTLs (MQTLs) were detected by meta‐analysis. A total of 13 candidate genes homologous to eight functionally characterized rice genes were found, and four candidate genes were located in the two hot spot regions of MQTL1.5 and MQTL2.3. Our results suggest that the combination of literature collection, meta‐analysis and homologous blast searches can offer abundant information for further fine mapping, marker‐assisted selection (MAS) breeding and map‐based cloning for maize.     

玉米种子萌发相关性状的全基因组关联分析

种子萌发是出苗的前提, 对玉米产量影响重大。为了解玉米种子萌发相关性状的遗传机制, 本研究对476份玉米自交系种子萌发相关的6个性状进行调查, 结合125万个(1.25M) SNP标记, 利用3种统计模型(Q, K, Q+K)进行全基因关联分析(GWAS)。结果表明K模型能够较好地评价吸胀前重量、吸胀前体积、吸胀后重量、吸胀后体积和吸胀体积5个性状; Q+K模型能更好地评价吸胀重量性状。基于这6个性状的最优模型的GWAS结果, 共检测到15个种子萌发相关性状的显著SNP, 15个SNP对应6个QTL, 集中分布在玉米第3、第6、第7和第10染色体上, QTL内单个SNP能解释的表型变异为5.09%~7.85%。其中5个QTL可在多个生物学重复中被检测到。以最显著SNP所在基因或附近基因作为QTL的候选基因, 共筛选到6个最可能的候选基因。GRMZM2G148411是吸胀后重量、吸胀重量和吸胀体积3个性状共同鉴定到的QTL候选基因, 根据基因的功能注释, 该基因编码一个包含TLD-domain的钙离子结合蛋白, 可能是一种调控种子休眠与萌发的信号分子。本研究鉴定的QTL为解析玉米种子萌发的遗传机制和相应功能标记的开发奠定了基础。     

Logistic model-based genetic analysis for kernel filling in a maize RIL population

Kernel filling is an important factor that directly affects kernel yield in maize. Based on a Logistic model, the process of kernel filling in maize can be effectively fitted, and the characteristic parameters with biological significance can be estimated. To clarify the genetic mechanism of characteristic parameters of kernel filling in maize, a recombinant inbred line (RIL) population including 208 lines derived from the maize inbred lines DH1M and T877 were evaluated in Nantong in 2015 and in Yangzhou in 2016, respectively. The kernel dry weights of recombinant inbred lines were measured 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 43, 46, 49, 52, 55, 58 and 61 days after pollination (DAP). A total of 12 characteristic parameters related to kernel filling were estimated in different environments using the Logistic model. These parameters showed abundant phenotypic variation across two environments in the recombinant inbred line population. Some more ideal genotypes were selected through clustering based on BLUP values of characteristic parameters. Genetic analysis indicated that the 12 characteristic parameters conformed to the “major gene plus polygenes” model. The results of two environments were reproduced well. Most of the characteristic parameters related to kernel filling were controlled by two major genes, and a few characteristic parameters were controlled by three or four major genes. In addition, the genetic models of some characteristic parameters differed in the two environments due to interactions between the genes and environments. This study not only laid a foundation for further clarifying the genetic mechanism of maize kernel filling and mapping the related genes but also suggests a new paradigm for dynamic developing traits.     

玉米产量性状“一致性QTL”分析

在构建含221个玉米产量性状QTL整合图谱的基础上,采用元分析方法,当LOD值≥4.0时,在第2染色体上确定了1个控制粒重和穗数的“一致性QTL”,介于标记Sdg107和Isu2117b之间,间距30.99 cM;同样,在第3和第4染色体上发掘了2个控制穗数和粒重的“一致性QTL”,分别由标记ucsd72d和IDP37...     

玉米抗倒伏相关性状QTL的关联和连锁分析

倒伏是影响玉米高产和机械化收获的重要因素,明确玉米抗倒伏相关性状的遗传基础,增强玉米品种抗倒伏能力,可为玉米高产宜机收育种提供理论依据。本研究以国内外收集的153份自交系为材料,利用6H90K SNP芯片检测的70,438个高质量SNP标记对地上第3节茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数进行全基因组关联分析,分别检测到与茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数相关位点5个、14个、16个和21个,单个关联位点最大效应值为13.24。同时以KA105/KB020的F₅群体为试验材料,采用QTL IciMapping V4.2软件的完备区间作图法进行QTL定位,检测到21个与抗倒伏相关的QTL,可解释表型变异3.86%～16.58%。结合关联分析和连锁分析结果发现, 2个QTL区间与关联分析的候选区间重合。经过候选区段的基因功能注释和文献查阅,挖掘到GRMZM2G105391、GRMZM2G014119和GRMZM2G341410等与细胞壁生物合成、细胞分裂和细胞伸长的相关基因可供进一步分析。本研究结果为进一步解析玉米抗倒伏性状的遗传基础提供参考。     

Detection of epistatic and environmental interaction QTLs for leaf orientation‐related traits in maize

Leaf architecture traits in maize are quantitative and have been studied by quantitative trait loci (QTLs) mapping. However, additional QTLs for these traits require mapping and the interactions between mapped QTLs require studying because of the complicated genetic nature of these traits. To detect common QTLs and to find new ones, we investigated the maize traits of leaf angle, leaf flagging‐point length, leaf length and leaf orientation value using a set of recombinant inbred line populations and single nucleotide polymorphism markers. In total, 19 QTLs contributed 4.13–13.52% of the phenotypic effects to the corresponding traits that were mapped, and their candidate genes are provided. Common and major QTLs have also been detected. All of the QTLs showed significant additive effects and non‐significant additive × environment effects in combined environments. The majority showed additive × additive epistasis effects and non‐significant QTL × environment effects under single environments. Common and major QTLs provided information for fine mapping and gene cloning, and SNP markers can be used for marker‐assisted selection breeding.     

PEG模拟干旱胁迫下玉米胚芽鞘长与其抗旱性的关系分析

以6份抗旱性不同的玉米自交系为试材,用不同浓度的PEG-6000(polyethylene glycol,PEG)渗透溶液进行模拟干旱胁迫处理,分析玉米萌芽期中胚轴长、胚芽鞘长及苗长的变化,并将其与田间干旱胁迫处理下相应玉米自交系产量及产量相关性状的抗旱指数进行相关分析,以期揭示萌芽期玉米幼苗相关性状与其抗旱性的关系。结果表明:(1)萌芽期随着PEG浓度增加,玉米自交系胚芽鞘长、中胚轴长及苗长都呈下降趋势,其中苗长降低幅度最大,平均降幅为14%,中胚轴长次之,平均降幅为11%;(2)方差分析表明,不同玉米自交系幼苗的中胚轴长、胚芽鞘长在自交系间及PEG浓度间差异极显著,苗长在PEG浓度间差异极显著;(3)花期田间干旱胁迫下,各玉米自交系的千粒重、穗粒数及产量较正常灌溉明显下降,且其平均降幅分别为8%、14%、13%;(4)通过玉米田间产量及产量相关性状抗旱指数与萌芽期各性状相关性分析表明,中胚轴长与千粒重、穗粒数及产量的抗旱指数呈显著或极显著正相关。胚芽鞘长与千粒重、穗粒数及产量的抗旱指数呈极显著正相关,而在5%的PEG-6000渗透溶液模拟干旱胁迫下,胚芽鞘长与千粒重抗旱指数相关系数最高为0.832。因此,胚芽鞘较长的自交系其抗旱性较强,胚芽鞘长度可作为玉米早期抗旱性筛选的重要指标。     

Linkage fine-mapping and QTLs affecting morpho-agronomic traits of a Mesoamerican × Andean RIL common bean population

This paper proposes the construction of a genetic linkage map with 376 recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross between Mesoamerican?×?Andean common bean (Phaseolus vulgaris L) parents based on single nucleotide polymorphism (SNP) markers; and to detect quantitative trait loci (QTLs) associated with seven morpho-agronomic traits: number of days to flowering (DF), number of days to maturity (DM) or crop cycle; plant architecture (ARC); seed yield (YLD); degree of seed flatness (SF); seed shape (SS); and 100-seed weight (SW). A total of 3060 polymorphic SNP markers were used and 2041 segregated at a 1:1 ratio in the RIL population, as expected. These markers were subjected to linkage analysis in each chromosome. The genetic linkage analysis resulted in linkage maps with a total of 1962 markers spanning 1079.21 cM. A total of 29 QTLs associated with seven morpho-agronomic traits were detected on the 11 chromosomes, which explained between 3.83 and 32.92% of the phenotypic variation in DF. A total of 18 candidate genes associated with the detected QTLs were identified and related with biological processes, molecular functions and cellular components.