基于转录组分析ABA促进葡萄花青苷积累相关基因

[目的]分析参与调控ABA促进葡萄着色的相关基因,探讨ABA促进葡萄果实花青苷积累的分子机制.[方法]以'红巴拉多'葡萄为试材,在转色前期(约花后6周)使用300 mg·L-1 ABA对果穗进行浸果处理,以清水处理为对照.观察表型,并利用超高液相色谱质谱联用仪(UPLC-MS)测定花青苷组分及含量,再利用转录组测序技术...     

1-MCP和SO2保鲜剂处理阳光玫瑰葡萄的转录组学分析

【目的】分析2种保鲜剂处理阳光玫瑰葡萄贮藏阶段基因差异表达情况，为从分子生物学角度研究保鲜剂处理对葡萄果实贮藏品质影响的调控机制提供理论参考。【方法】以阳光玫瑰葡萄为试材，采用1-甲基环丙烯（1-MCP）和二氧化硫（SO₂）保鲜剂分别对果实进行冰温贮藏（-1~1℃），并以不使用保鲜剂的果实为对照，对贮藏1、5、9、13和17周的2种保鲜剂处理及对照的果实分别取样开展转录组学分析，通过实时荧光定量PCR结果证实转录组测序结果的可靠性。【结果】从对照和2种保鲜剂处理的转录组测序结果中共获得371.64 Gb的原始数据，各样品Clean data均达6.03 Gb，GC含量为46.28%~47.53%，Q30≥93.50%，与葡萄参考基因组的匹配率为75.75%~90.23%。1-MCP处理与对照的差异表达基因数在贮藏后13周达最高值，而SO₂处理与对照及SO₂处理与1-MCP处理的差异表达基因数在贮藏后5周达最高值。贮藏1周和13周时，1-MCP处理与对照之间差异表达基因最多，分别为965和2881个；贮藏5周和9周时，SO₂处理与对照之间差异表达基因最多，分别为3698和1628个；贮藏17周时，处理和对照两两比较获得的差异表达基因相差不大。贮藏1~5周果实内部发生细胞组分、分子功能和生物过程等方面的变化较贮藏中后期更为剧烈，且在MYB、AP2/ERF-ERF、NAC、GARP-G2-like、HB-HD-ZIP和WRKY转录因子的调控下，单萜合成相关结构基因表达量在贮藏5周后迅速降低。基于实时荧光定量PCR的所有样本中苯丙烷—类黄酮、类胡萝卜素和单萜合成代谢路径相关基因表达水平检测结果与转录组测序分析结果基本一致。【结论】 1-MCP与SO₂保鲜剂对阳光玫瑰葡萄贮藏产生不同影响，前者在贮藏过程中抑制果实成熟和衰老作用释放较后者更为平缓，且通过阻断乙烯与受体结合并抑制ETR、EIN3和ERF1/2这3个乙烯信号通路关键基因表达发挥延缓衰老作用。转录因子MYB、AP2/ERFERF、NAC、GARP-G2-like、HB-HD-ZIP和WRKY与单萜合成基因相关性较强，且6类转录因子之间存在较强相关性，其可能通过互作调控果实单萜合成或其他成熟衰老过程。     

不同架式‘爱神玫瑰’葡萄果实成熟期间单萜积累及相关基因的表达

【目的】探讨不同架式对葡萄果实成熟期间单萜类化合物合成的影响,进一步从基因表达水平揭示基因转录与单萜积累的关系,以期为生产中架式选择及葡萄果实香味品质的提高提供一定的理论依据。【方法】以T型和V型架式栽培的‘爱神玫瑰’葡萄果实为试材,于果实成熟初期（花后30 d）开始取样,直至果实完全成熟。连续两年常规方法测定果实样品可溶性固形物及可滴定酸含量,利用顶空固相微萃取结合气相色谱与质谱联用技术（SPEME-GC-MS）测定果实中单萜类组分和含量的变化,采用实时荧光定量PCR技术分析单萜合成途径中关键基因脱氧木酮糖磷酸合酶基因（DXS1和DXS3）、脱氧木酮糖磷酸还原异构酶基因（DXR）、异戊烯基焦磷酸还原酶基因（HDR）、里那醇合成酶基因（Liner syn）和萜品醇合成酶基因（Terp syn）的表达变化。【结果】随着果实成熟,可溶性固形物含量逐渐升高,而可滴定酸含量逐渐降低。成熟期的T型架葡萄果实可溶性固形物含量显著高于V型架,可滴定酸含量没有显著差异。2016年和2017年两种架式果实样品中分别检测到27和28种单萜类化合物。检测结果表明不同架式主要萜烯类化合物组分不尽相同,随着果实成熟,主要萜烯类成分也发生变化。成熟时,T型架果实中主要单萜类化合物有里那醇、柠檬烯、α-萜品醇、β-cis-罗勒烯和香叶醇;V型架主要有里那醇、α-萜品醇、柠檬烯、橙花醚和β-cis-罗勒烯等,其中以里那醇含量最高。2016年成熟期T型架果实单萜总量达到108.18 μg?L ^-1,是V型架最高含量的1.9倍。而2017年成熟期T型架果实单萜总量达到403.24 μg?L ^-1,是V型架最高含量的1.5倍;大多数单萜类化合物含量在成熟时表现为T型架显著高于V型架。在整个果实成熟期间,两种架式葡萄果实单萜类化合物积累表现为两种变化模式,包括里那醇、香叶醇、橙花醇及萜品醇等在内的大部分化合物遵循第一种模式,即在果实成熟时含量达到最高。但是不同架式表现又略微不同,(E,Z)-别罗勒烯、β-cis-罗勒烯、柠檬烯和α-萜品醇等化合物在T型架果实中表现为先下降,花后57 d急剧升高,成熟后期（花后76 d）又下降的趋势。而在V型架果实中这些化合物含量随着果实成熟逐渐上升,花后48 d达到积累高峰,之后又逐渐下降至最低含量。另外,果实成熟期间单萜合成途径基因（DXS1、DXS3、DXR、DHR、Liner syn 和Terp syn）表达量随着果实成熟呈上升趋势。不同架式葡萄果实成熟期间单萜总量积累规律与DXS3、HDR、Liner syn和Terp syn表达规律相似。成熟期T型架果实中各个基因表达量明显高于V型架,与单萜类化合物积累模式相一致。【结论】T型架式栽培更有利于果实单萜类物质的积累,T型架式单萜类化合物的高效积累与其代谢途径多个关键酶基因高效表达密切相关。     

中国野生毛葡萄芪合酶基因表达及对葡萄抗白粉病的影响

[目的]克隆中国野生毛葡萄(Vitis quinquangularis)'丹凤-2'芪合酶(stilbene synthase)基因(STS)并研究其功能,为提高欧洲葡萄(V.vinifera)的白粉病抗性及品质提供依据.[方法]利用同源克隆法获得中国野生毛葡萄'丹凤-2'芪合酶基因VqSTS9和VqSTS21,构建植...     

不同品种白葡萄成熟果实香气成分分析

[目的]对比不同品种白葡萄果实香气成分及含量差异。[方法]运用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对水晶葡萄、白香蕉葡萄和阳光玫瑰3个品种成熟果实香气物质进行检测,分析不同品种白葡萄果实香气成分及含量差异。[结果]水晶葡萄和白香蕉葡萄分别检查出36、33种香气物质,包括醇类、醛类、酮类、酯类、烯烃、烷烃及少量其他化合物,酯类物质含量最多,所占比重较大,水晶葡萄中氨茴酸甲酯和β-紫罗兰酮为特殊致香物质,白香蕉葡萄则以大马酮为主。阳光玫瑰仅含有醇类、醛类、酯类、烷烃和烯烃5类,共29种香气物质,其主要致香成分除主要几种单萜醇类,还有月桂烯、罗勒烯和柠檬烯。[结论]不同品种白葡萄果实香气成分及含量差异明显,特征香气存在一定差异。     

不同时期和长度的花穗整形对'87-1'葡萄果实性状和品质的影响

为筛选适宜'87-1'葡萄的花序整形方式,以3年生'87-1'葡萄为试材,分别在花前和浆果开始生长后进行不同长度(留穗尖4,5,6和7cm)的8个处理.通过测定和分析单粒重、果实横径、纵径、可溶性固形物含量及可滴定酸含量等指标,研究不同花穗整形处理对'87-1'葡萄果实性状和品质的影响.并采用主成分分析法对其各项指标进...     

疏花对美人指葡萄花色苷含量及其品质的影响

为了进一步研究疏花对葡萄果实花色苷和品质的影响,本研究以5年生美人指葡萄为试验材料,在初花期对果穗进行疏花和整形修剪,测定其对葡萄果实花色苷含量、着色指数、花色苷合成关键基因的表达量、可溶性糖、可滴定酸、维生素C、总酚、单粒重和纵横径的影响。结果表明,美人指葡萄在初花期只保留果穗下端6 cm部分,可以显著上调花色苷合成调节基因VvmybA1和结构基因VvUFGT的表达水平,促进果实花色苷的含量增加,提高果实着色指数。另外还能促进果实可溶性糖、维生素C、总酚含量的增加,降低可滴定酸含量,增加单粒重和纵横径。本研究结果对于探究葡萄花色苷合成调控及葡萄生产具有指导意义。     

单穗不同留果量对‘阳光玫瑰’葡萄果实品质及香气物质积累的影响

[目的]本文旨在研究单穗不同留果量对‘阳光玫瑰’葡萄果实品质、香气物质及相关基因表达的影响。[方法]以葡萄品种‘阳光玫瑰’为材料,花后1周进行疏果处理,单穗留果量分别为40粒(L40)、60粒(L60)、80粒(L80)。应用GC-MS定量定性分析不同发育阶段葡萄果实中香气成分及含量的变化,并应用qRT-PCR技术研究不同发育阶段果实香气合成相关基因的表达水平。[结果]不同留果量处理对葡萄果实外观品质影响明显,L40处理穗形美观、果粒饱满、色泽均匀; L60处理果粒较小、穗形不紧凑; L80处理果实成熟不一致且杂含大小果。3个处理的果实可溶性固形物含量差异不显著,L40处理的可滴定酸含量显著低于其余处理。在成熟期,C6化合物含量在L60处理果实中较高;而萜烯类物质总含量则在L40处理果实中最高,且单个萜烯物质如芳樟醇、香叶醇等其含量同样明显高于L60和L80处理。另外L40处理较其他处理其果实中各种萜烯物质含量下降更慢,某些萜烯类物质如顺式氧化芳樟醇、香茅醇保留时间更长。果实香气合成相关基因转录分析表明,葡萄醇脱氢酶基因(VvADH)转录表达与果实中醇类物质含量极显著相关。脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶基因(VvDXS)转录表达受留果量处理影响明显,且与萜烯物质总量极显著相关。L40处理果实Vv DXS表达整体趋势高于其他处理。[结论]单穗留果量为40粒处理有利于葡萄果实发育后期香气物质积累及保存,可明显改善果实外观品质。     

不同颜色刺葡萄花色苷合成相关基因的表达分析

【目的】探索不同果皮颜色中国野生刺葡萄(Vitis davidii)花色苷合成相关基因的表达差异,为中国野生刺葡萄资源的利用奠定基础。【方法】以白色及黑色果实的中国野生刺葡萄、欧亚种葡萄‘白比诺’及‘黑比诺’为材料,利用HPLC-ESI-MS/MS分析不同发育期果皮中花色苷的组成及其含量,通过序列检测分析几种刺葡萄Vvmy-bA1基因序列的不同,用实时荧光定量PCR检测花色苷合成相关结构基因表达的差异。【结果】锦葵色素葡萄糖苷(Malvidin 3-O-glucoside)仅在黑色果实转色后被检测到,其在中国野生刺葡萄黑色果实和‘黑比诺’中的含量分别为0.12～7.14mg/kg与4.90～180.79mg/kg,其他花色苷如矢车菊素3,5-O-双葡萄糖苷(Cyanidin 3-O-glucoside-5-O-glucosid)、飞燕草素3-O-葡萄糖苷(Delphinidin 3-O-glucoside)、花葵素3-O-葡萄糖苷(Pelargonidin 3-O-glucoside)、矮牵牛色素3-O-葡萄糖苷(Petunidin 3-O-glucosid)等在黑、白色葡萄果实不同发育期均能检测到,其含量为0.01～49.28mg/kg。VvmybA1a等位基因在中国野生刺葡萄黑、白色果实中都存在,且序列与欧亚种一致;VvmybA1c等位基因只在中国野生刺葡萄黑色果实中可检测到,与欧亚种相比其序列有33bp的插入片段和47bp的缺失片段。My-bA1基因只在黑色果实成熟期表达;合成花色苷的关键结构基因UFGT在供试葡萄各个时期均有表达,但其表达量在黑色果实成熟期显著高于白色果实;F3′5′H、GST及OMT等结构基因也在黑色果实成熟期表达上调,而其他结构基因的表达则在中国野生刺葡萄和欧亚种之间表现出了较大差异。【结论】中国野生刺葡萄花色苷合成相关基因具有特殊结构,与欧亚种葡萄相比有明显差异。     

不同颜色刺葡萄花色苷合成相关基因的表达分析

【目的】探索不同果皮颜色中国野生刺葡萄（Vitis davidii）花色苷合成相关基因的表达差异,为中国野生刺葡萄资源的利用奠定基础。【方法】以白色及黑色果实的中国野生刺葡萄、欧亚种葡萄‘白比诺’及‘黑比诺’为材料,利用HPLC-ESI-MS/MS分析不同发育期果皮中花色苷的组成及其含量,通过序列检测分析几种刺葡萄VvmybA1基因序列的不同,用实时荧光定量PCR检测花色苷合成相关结构基因表达的差异。【结果】锦葵色素葡萄糖苷（Malvidin 3-O-glucoside）仅在黑色果实转色后被检测到,其在中国野生刺葡萄黑色果实和‘黑比诺’中的含量分别为0.12～7.14 mg/kg与4.90～180.79 mg/kg,其他花色苷如矢车菊素3,5-O-双葡萄糖苷（Cyanidin 3-O-glucoside-5-O-glucosid）、飞燕草素3-O-葡萄糖苷（Delphinidin 3-O-glucoside）、花葵素3-O-葡萄糖苷（Pelargonidin 3-O-glucoside）、矮牵牛色素3-O-葡萄糖苷（Petunidin 3-O-glucosid）等在黑、白色葡萄果实不同发育期均能检测到,其含量为0.01～49.28 mg/kg。VvmybA1a等位基因在中国野生刺葡萄黑、白色果实中都存在,且序列与欧亚种一致;VvmybA1c等位基因只在中国野生刺葡萄黑色果实中可检测到,与欧亚种相比其序列有33 bp的插入片段和47 bp的缺失片段。MybA1基因只在黑色果实成熟期表达;合成花色苷的关键结构基因UFGT在供试葡萄各个时期均有表达,但其表达量在黑色果实成熟期显著高于白色果实;F3′5′H、GST及OMT等结构基因也在黑色果实成熟期表达上调,而其他结构基因的表达则在中国野生刺葡萄和欧亚种之间表现出了较大差异。【结论】中国野生刺葡萄花色苷合成相关基因具有特殊结构,与欧亚种葡萄相比有明显差异。     

谷子生育期及穗相关性状的QTL定位

【目的】谷子生育期及穗部性状是影响谷子品种适应性及产量的关键因素。通过对相关性状进行QTL定位分析,为探明谷子复杂产量性状的分子遗传机制奠定基础。【方法】以优良品种豫谷18和冀谷19为亲本构建的包含400个家系的RIL群体为试验材料,于2018—2019年分别在4个不同环境下调查谷子抽穗期、抽穗-成熟天数、全生育期及穗长、穗粗和单穗重等穗相关性状的表型值。同时,利用已构建的由1 304个bin标记组成的全长为2 196 cM,标记间平均距离为1.68 cM的高密度遗传连锁图谱。采用复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）对生育期及穗部性状进行QTL定位分析,并对所获得的QTL置信区间进行候选基因的预测。【结果】重组自交系群体生育期及穗部性状在4个环境中均表现为连续分布且存在双向超亲分离现象,符合数量性状的遗传特征,适宜进行QTL分析。相关分析表明,谷子抽穗期与全生育期呈极显著正相关,与抽穗-成熟天数呈显著负相关,穗长与穗粗呈显著正相关。共检测到88个与谷子生育期及穗部性状相关的QTL,分布在第1、3、5、6、8和9染色体上。其中45个QTL与抽穗期相关,单个QTL能够解释表型变异的1.61%—27.60%;7个QTL与抽穗-成熟天数相关,单个QTL能够解释表型变异的2.65%—12.14%;20个QTL与全生育期相关,单个QTL能够解释表型变异的1.98%—16.97%;9个QTL与穗长相关,单个QTL能够解释表型变异的3.51%—11.65%;5个QTL与穗粗相关,单个QTL能够解释表型变异的3.74%—8.34%;2个QTL与单穗重相关,单个QTL能够解释表型变异的5.16%—5.20%。本研究共检测到12个主效QTL,其中,qEHD-9-1、qEHD-9-2、qHMD-9-2、qGRP-9-2和qPL-5-1在至少2个环境和BLUP值中被重复检测到。控制生育期的主效QTL（qEHD-9-1、qHMD-9-1、qGRP-9-1）与控制穗长的主效QTL（qPL-9-1）在第9染色体重叠;qEHD-9-2、qHMD-9-3、qGRP-9-2和qPL-9-3也在第9染色体重叠;控制穗长的主效QTL（qPL-5-1）和控制穗粗的QTL（qPD-5-1）在第5染色体重叠。对3个QTL簇的置信区间进行基因注释,筛选出5个与生育期及穗部性状相关的候选基因,其中,2个候选基因在谷子生育期调控和穗部性状发育中均发挥重要作用。【结论】共检测到88个与谷子生育期及穗部性状相关的QTL,12个为主效QTL,其中5个主效QTL在多个环境被重复检测到,且成簇分布。基于基因注释,共筛选了5个与谷子生育期和穗部性状相关的候选基因。     

甜瓜SLAF图谱构建及果实相关性状QTL分析

【目的】通过对甜瓜果实相关性状进行QTL定位及候选基因分析,为甜瓜品质育种及基因挖掘与功能验证提供理论基础。【方法】利用薄皮甜瓜1244为母本、厚皮甜瓜M5为父本配置杂交组合,结合SFLA测序技术开发分子标签,构建高密度遗传图谱,以F_2:3表型数据为基础,采用Mapqtl进行QTL定位分析。【结果】获得了380 446 Mreads（83.12 Gb）数据,测序平均Q30为93.59%,平均GC含量为36.87%;开发了112 844个SLAF标签,3 274 879个SNP;构建了12个连锁群,共计10 596个上图标记,总图距为1 383.88 cM,标记间平均距离为0.13 cM,上图标记完整度平均为99.92%。将控制甜瓜果面沟性状基因（fst）定位在第11条染色体末端Marker 1993423（62.18）—Marker 1998820（63.05）,覆盖基因组0.72 Mb,包含33个候选基因;控制甜瓜果皮花纹基因（fpp）定位在第2条染色体Marker 459584（90.91）—Marker 459446（90.91）,覆盖基因组0.08 Mb,包含5个候选基因,其中MELO3C026292（1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶）可能为控制果皮花纹的候选基因;同时检测到甜瓜果皮底色1个QTL位点fpc,位于第7条染色体Marker 1229174（7.14）—Marker 1229973（7.14）,贡献率为9.9%;检测到果型指数1个QTL位点fs9.1,位于第9条染色体Marker 1705671（76.19）—Marker 1705915（79.23）,贡献率为7.6%;在第1、2、6、7、10染色体检测到单果重相关6个QTL位点（sfw1.1、sfw2.1、sfw2.2、sfw6.1、sfw7.1、sfw10.1）,贡献率在3.1%—17.0%,LOD值介于3.0—5.6。【结论】将甜瓜果面沟、果皮花纹基因分别定位在第11和第2条染色体,分别获得33个和5个候选基因;检测到1个果皮底色QTL位点、1个果型指数QTL位点和6个单果重QTL位点。     

水稻耐淹成苗率相关性状全基因组的关联分析

背景 耐淹成苗率低是限制直播稻产量的重要因素,挖掘高种子活力、低氧萌发能力强的水稻材料是提高耐淹成苗率的关键,但控制耐淹成苗率的遗传位点的挖掘仍然比较有限。目的 利用来源广泛的自然种质,分析影响耐淹成苗率的关键表型性状,挖掘相关的遗传位点和候选基因,为直播稻耐淹成苗机理研究提供一定的理论和材料基础。方法 以200份来源广泛的水稻种质为材料,在有氧环境下进行发芽试验,测量种子发芽率、发芽指数和活力指数;在低氧条件下测量芽鞘长和芽鞘直径;进行耐淹成苗试验,水深10 cm,20 d后测量耐淹成苗率。分析各性状间的相关性,挖掘影响耐淹成苗率的关键性状;利用简化基因组测序对以上6个表型进行全基因组关联分析,鉴定与性状显著关联的SNP位点,并在关联区间内筛选候选基因;对02428和YZX 2份材料进行有氧、无氧以及氧气含量转换条件下的转录组检测,结合全基因组关联分析结果,分析候选基因的表达模式差异。结果 种子活力、芽鞘表型和耐淹成苗率在200份材料间存在广泛的遗传变异,其中,芽鞘长和活力指数的变异系数最大;相关分析结果表明,芽鞘长、活力指数与耐淹成苗率呈极显著正相关;通过全基因组关联分析,共鉴定出8个与活力指数显著关联的位点,15个与芽鞘长显著关联的位点;结合基因组注释,在关联区间筛选出6个与活力指数相关的候选基因,7个与芽鞘长度相关的候选基因;进一步比较13个基因在有氧、无氧及氧气转换条件下的表达模式以及表达量的变化,发现Os02g0657000、Os03g0592500、Os08g0380100表达量变化显著,表现出对氧气处理的敏感性。结论 种子活力、芽鞘长与耐淹成苗率密切相关,可作为筛选高耐淹成苗水稻材料的重要性状。全基因组关联分析、转录组分析与基因表达模式比较的联合应用可提高候选基因的筛选效率。水稻耐淹成苗过程可能受到与逆境胁迫、光合作用相关基因的调控。     

玉米ZmCCT10耐低氮功能研究

【目的】土壤氮素缺乏影响玉米的产量和品质,是中国玉米生产面临的重大问题。ZmCCT10编码转录因子,具有一因多效性,ZmCCT10是调控玉米生长发育和响应非生物胁迫重要的调节因子。解析玉米耐低氮的分子机制、聚合抗性基因,为培育耐低氮和氮高效玉米品种奠定基础。【方法】通过比较ZmCCT10近等基因系在低氮胁迫和完全营养水培条件下与耐低氮胁迫相关的性状,分析低氮胁迫后ZmCCT10的表达模式,选择ZmCCT10在近等基因系表达量差异最大的部位与时间点,进行转录组测序。发掘玉米ZmCCT10响应耐低氮反应的特征,探究其参与耐低氮反应的分子机制。【结果】在低氮胁迫条件下,ZmCCT10近等基因系Y331-ΔTE和Y331的根长性状、生物量、氮素生理指标显著差异。其中,ZmCCT10不带有转座子插入的单倍型Y331-ΔTE的总根长、主胚根长、侧根长均显著长于Y331;根干重、地上部干重、氮积累量、硝酸还原酶活性也显著高于Y331。在低氮胁迫后,ZmCCT10在根部和叶片的表达量均显著高于对照处理,且近等基因系间的表达量也具有显著差异,根部和叶片的表达模式也不同。胁迫处理3 h后,ZmCCT10在...     

基于SLAF-seq技术鉴定苹果砧木耐涝候选基因

【背景】苹果（Malus×domestica Borkh）是我国主要栽培果树树种之一,但部分苹果产区由于夏、秋季的大量集中降雨和排水不良等造成果园涝害频繁发生,导致苹果树叶片黄化、脱落,果实品质和产量下降。【目的】鉴定苹果耐涝相关基因,为苹果耐涝分子标记辅助育种和优质高产栽培提供依据。【方法】以耐涝苹果砧木G41和不耐涝苹果砧木新疆野苹果（M. sieverii (Ledeb) Roem.）及其构建的包含495个F₁杂交后代为材料,从F₁杂交群体中挑选出耐涝和不耐涝株系各50株,构建两个极端性状DNA混池,采用简化基因组测序（SLAF-seq）技术,开发SLAF标签和SNP标记,结合苹果基因组信息和遗传关联性分析,对苹果耐涝基因进行定位及候选基因预测,并对候选基因在耐涝差异的株系中进行淹水胁迫下的表达分析。【结果】以‘金冠’苹果为参考基因组,共开发119 072个SLAF标签,其中多态性SLAF有11 133个。通过序列分析和检测SNP位点,共获得6 237 071个SNP,其中高质量SNP有170 617个。通过ED和SNP-index方法关联分析,获得一个与耐涝性状紧密关联的候选区域,位于苹果第10号染色体1.94—3.25 Mb,关联区域大小为1.31 Mb,关联区域内包含120个基因。对该区域内基因进行功能注释,发现一个与呼吸代谢相关的基因—乙醇脱氢酶基因ADH1（MD10G1014500）,在淹水处理后1、2、4和6 d,该基因在耐涝植株中的表达量显著高于不耐涝植株。【结论】将苹果耐涝基因定位于第10号染色体1.94—3.25 Mb处,筛选到可能与苹果耐涝相关的候选基因MD10G1014500,可用于苹果耐涝基因的克隆和功能解析。     

水稻直立短穗突变体esp的转录组研究

【目的】克隆水稻直立短穗基因Erect and Short Panicle（ESP）,分析其参与的基因调控途径,解析ESP控制株型、穗长等农艺性状的分子机理。【方法】以直立短穗突变体esp及其野生型为材料,成熟期进行株高、穗长、粒长等表型测定;构建籼粳杂交F₂定位群体,挑选与突变表型一致的F₂单株,利用与突变性状连锁的分子标记对目的基因进行定位;对野生型和突变体进行基因组测序,结合定位结果,找到突变位点,克隆ESP;利用生物信息学软件进行进化树和基因表达分析;提取野生型和突变体幼穗中的RNA并建库,GO（gene ontology）聚类分析表达差异基因,同时根据KEGG（kyoto encyclopedia of genes and genomes）数据库,分析野生型和突变体中植物激素信号转导和内质网蛋白加工相关基因的表达变化,并通过qRT-PCR验证。【结果】通过表型观察和农艺性状调查,与野生型相比,直立短穗突变体esp株高降低,穗长变短,穗型由弯曲变为直立,每穗粒数减少,粒长变短,粒宽和千粒重增加;有效穗数无显著差异。利用突变体esp与PA64构建籼粳F₂定位群体,将目的基因定位于水稻第7染色体长臂标记C7-11和C7-14之间7.58 Mb区间内,基因组测序发现LOC_Os07g42410第6内含子与第7外显子连接位点由碱基G变异为A,导致第6内含子不能被剪切,蛋白翻译提前终止;该基因与已报道的OsDEP2/OsEP2为等位基因。进化分析显示该基因广泛存在于单子叶和双子叶植物中;表达分析表明ESP在茎秆、花序、雌蕊、内外稃和子房中高度表达,其表达水平随着子房变大而逐渐降低。利用转录组分析突变体和野生型幼穗中的基因表达,结果表明,与野生型相比,esp突变体中表达差异显著（差异>1.5倍）的基因630个,其中235个表达上调,395个表达下调。GO分析显示植物激素信号转导和内质网蛋白加工相关基因受到不同程度地调控,利用qRT-PCR进行验证,结果与转录组数据一致。【结论】直立短穗基因ESP与已报道的直立穗基因OsDEP2/OsEP2为等位基因,其突变导致株高降低、穗长变短等多个表型;ESP可能通过调节植物激素信号转导、内质网蛋白加工过程中的基因表达,进而影响植株的发育。     

栽培稻芽期耐低温全基因组关联分析

【目的】水稻是重要的粮食作物,芽期是水稻生长发育过程中最脆弱的时期,直播稻遭遇冷害时发芽率大幅降低,减产严重。深入了解耐冷性的遗传机制,为培育芽期强耐受性水稻品种奠定基础。【方法】以世界范围内14个国家代表性的238份水稻种质资源为试验材料,于2021和2022年在沈阳开展表型鉴定试验,统计不同水稻品种在人工气候培养箱15℃低温条件下第1—10天的发芽率和相对发芽率,利用R语言绘制5—10 d的频率直方图,通过表型丰富度Hill值选择宜作关联分析的天数,将发芽率和相对发芽率表型数据与重测序数据相结合,进行基于混合线性模型MLM（QK）的全基因组关联分析,并对所获得的SNP位点进行耐冷候选基因的预测。【结果】发芽率频数分布直方图和表型丰富度计算结果显示第8天发芽率多态性最好,其Hill值为0.84,高于其他几天发芽率（0.48—0.83）,可用于全基因组关联分析;主成分分析结果显示,这些水稻品种可以分为indica、aus、temperate japonica、tropical japonica和aromatic 5个亚群;2个指标进行的GWAS分析检测到3个相同的显著性SNP位点,均位于第4染色体,解释表型的11.9%—25.4%;在上下游各50 kb进行基因搜索,共发现24个相关候选基因,进一步开展LD和单倍型分析,发现LOC_Os04g24840和LOC_Os04g25140的不同单倍型耐冷性之间存在极显著差异。LOC_Os04g24840被编码区SNP分为5个单倍型,且Hap_3的耐冷性显著强于Hap_1;LOC_Os04g25140被编码区SNP分为18个单倍型,且77 bp处的氨基酸变异（S>L）存在籼粳差异。结果表明,编码糖基转移酶的基因LOC_Os04g24840和编码F-box蛋白基因LOC_Os04g25140可能与水稻芽期耐冷性密切相关。【结论】在238份水稻种质资源中共检测到3个与芽期耐冷性显著关联的SNP位点,筛选出2个与水稻芽期耐冷性相关的候选基因。     

玉米叶绿素含量的全基因组关联分析

目的 叶绿素含量与作物产量呈正相关。通过提高叶绿素含量来提高作物产量是作物育种的方向之一。因此,利用全基因组关联分析（genome-wide association study, GWAS）解析玉米叶绿素含量的遗传基础,可为玉米高光效理想株型设计育种提供理论指导。方法 以538份玉米自交系构成的关联群体为研究对象,在5个环境下,通过对其授粉后5 d的棒三叶（穗位叶、穗上叶、穗下叶）叶绿素含量进行测定,并借助覆盖玉米全基因组的558 629个单核苷酸多态性标记（SNPs）,利用3种模型（Q、K和Q+K）对叶绿素含量进行全基因组关联分析,随后选择最优模型的GWAS结果并结合eQTL（expression quantitative trait loci）分析对叶绿素含量的自然变异进行解析。结果 5个环境下,棒三叶叶绿素含量均遵从正态分布且叶绿素含量间呈正相关;方差分析表明棒三叶叶绿素含量的环境效应、基因型效应、基因型与环境互作效应均达到了极显著水平;此外,穗上叶、穗位叶和穗下叶叶绿素含量的遗传力分别为0.66、0.66和0.67。比较3种模型发现K模型对假阳性（I型错误）控制最好,在此模型下共检测到29个与棒三叶叶绿素含量显著关联的SNP（P≤3.99×10^-6）,涉及到18个位点,共有76个候选基因落在这18个位点内,其中85.5%（65/76）的候选基因具有eQTL,11.8%（9/76）的候选基因与对应表型显著相关（P＜0.05）,说明这9个基因可能是通过表达量变化来调控表型变异。在这76个基因中,60个候选基因有功能注释,功能涉及到能量代谢、物质输送代谢途径和生物合成调节等过程。此外还发现2个可以在不同环境或不同叶片共定位的位点,其中,共定位位点内的基因GRMZM2G074759编码一种与AAE3高度相似的酰基活化酶,该基因通过提高α-酮戊二酸（ALA）和草酰乙酸含量进而影响氨基酸生物合成,提高籽粒赖氨酸含量,改善玉米品质。此外,ALA的合成会促使叶绿素含量升高,进而提高作物产量,推测该基因为最可能的候选基因。结论 K模型对假阳性的控制效果最好,基于K模型,共检测到18个玉米叶绿素含量显著关联位点,发现多个参与叶绿素合成途径相关基因。     

甜瓜短蔓基因Cmdm1的精细定位及候选基因分析

【目的】对甜瓜短蔓突变体Z8进行短蔓基因的精细定位并确定候选基因,为甜瓜株型的分子改良奠定基础。【方法】考察短蔓突变体Z8和野生型B15的主蔓节数、主蔓长度、主蔓节间长度以及侧枝长度等农艺性状。配制Z8/B15杂交组合并进行遗传分析,利用F₂群体中的短蔓单株进行基因精细定位。通过对定位区间内注释基因编码区进行测序以确定候选基因。【结果】与野生型B15相比,突变体Z8节间显著变短导致植株矮化,顶端花序紧凑簇生,遗传分析表明其短蔓性状由一对隐性核基因Cmdm1控制。采用基因图位克隆策略,利用780个F₂短蔓单株最终将该基因精细定位于第7染色体短臂标记c7-112和s2之间约56 kb的区间内,并与标记dm-1共分离,区间内共包含4个注释基因。经测序鉴定,发现Z8中与拟南芥ERECTA同源的MELO3C016916 ATG下游第1 995位碱基由T突变为G而产生终止密码子,导致蛋白翻译提前终止,致使后面激酶结构域完全缺失,推测MELO3C016916即为控制蔓长的Cmdm1。【结论】Z8短蔓性状受隐性核基因Cmdm1控制,利用分子标记最终将该基因定位于7号染色体短臂标记c7-112和s2之间约56 kb区间内,推测MELO3C016916为最有可能的候选基因。