大麦籽粒纤维素、半纤维素含量全基因组关联分析

纤维是衡量大麦饲用品质的重要指标之一,其遗传机制解析对饲用大麦品种选育具有一定的指导意义。本研究以316份大麦品种为材料,连续2年种植于成都、康定两地,利用分布于大麦基因组上的75,289个SNPs对籽粒纤维素、半纤维素含量进行全基因组关联分析。利用TASSEL软件的混合线性模型,纤维素、半纤维素性状分别重复检测到65个、34个显著SNPs位点(P≤0.05/N),标记的平均解释表型变异率分别为13.18%、14.10%。纤维素、半纤维素含量在3个及以上环境中重复检测到的显著相关位点分别为4个、1个, 2个性状检测到了相同的SNP位点,说明2个性状存在遗传相关性。纤维素性状挖掘到6个候选基因,半纤维素性状挖掘到1个候选基因,为大麦纤维的遗传与分子机理研究及遗传改良奠定了基础。     

大麦籽粒淀粉和β-葡聚糖积累特性研究

为研究大麦籽粒支链淀粉、直链淀粉和β-葡聚糖积累特性,及淀粉各组分与β-葡聚糖的关系,以2个皮大麦、1个裸大麦和1个糯裸大麦为试验材料,测定花后7、14、21、28d淀粉各组分及β-葡聚糖含量。结果表明,甘啤6号淀粉各组分含量随灌浆推进均逐渐升高,在成熟期达到最大值;甘垦啤7号和甘垦6号均呈先升高后降低趋势,在花后21d有1个峰值。糯大麦C 2-1直链淀粉含量显著低于非糯大麦;支链淀粉含量显著高于非糯大麦,整个灌浆期呈先升高后降低趋势。β-葡聚糖含量均随灌浆时间延长逐渐升高,成熟期含量最高;整个灌浆期糯大麦C 2-1含量显著高于非糯大麦。相关分析表明,直链淀粉/支链淀粉比值与β-葡聚糖含量呈极显著负相关,可以将直链淀粉/支链淀粉比值作为高β-葡聚糖品种选育的一个指标。Logistic方程拟合发现,直链淀粉、β-葡聚糖最终积累量与积累起势与有效积累时间有关,支链淀粉最终积累量取决于最高积累速率和平均积累速率。     

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。     

水稻种质资源稻瘟病抗性全基因组关联分析

稻瘟病是一种对全球水稻生产威胁极大的真菌性病害,鉴定抗稻瘟病基因并将其导入到现有感病品种改良品种的抗性是控制这种病害的有效途径。本研究利用5个稻瘟病菌株鉴定了212份籼稻和235份粳稻种质资源的苗瘟抗性,分别筛选到8个和12个抗全部5个菌株的籼稻和粳稻种质材料。采用全基因组关联分析在籼粳混合群体、籼稻和粳稻种质资源中共定位到43个影响水稻苗瘟抗性的QTL,抗GD00-193、GD08-T19、GD17-CQ16、HB1708和HLJ13-856菌株的QTL分别为9、4、14、14和2个。其中, 12个抗病QTL仅在籼稻亚群中检测到, 7个仅粳稻亚群中检测到,1个为籼粳2个亚群共同检测到,说明籼稻抗稻瘟病总体好于粳稻,而且稻瘟病抗性存在明显的籼粳分化。同时影响水稻对2个及2个以上菌株的抗性或在2个及2个以上群体中同时被定位到的QTL共计11个,利用候选区间关联分析和单倍型分析鉴定到23个抗病候选基因,不同抗病候选基因在籼、粳群体中的分布频率不同。研究结果为水稻品种稻瘟病抗性分子改良提供种质资源和有利基因信息及不同抗病基因的育种利用策略。     

全基因组关联分析在作物中的研究进展

全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)是2005年左右出现的一种用于开展连锁标记开发和基因挖掘等研究的有效方法,并在多种作物中得到了广泛应用。本研究阐述了GWAS的原理、优点和主要研究方法以及在粮食作物、经济作物、糖料作物等作物中的研究进展,同时对作物GWAS研究的未来进行了展望,以期为进一步利用GWAS进行作物各种性状遗传基础的研究提供参考。     

玉米棒三叶叶型性状的全基因组关联分析

玉米棒三叶(穗上叶,穗叶及穗下叶)对玉米单产的形成起着至关重要的作用,为了深入剖析玉米各性状的遗传基础及挖掘相关性状的基因,本研究以253份玉米自交系为关联群体,利用分布于玉米全基因组上的558 529个单核苷酸多态性标记(SNPs)对玉米棒三叶的叶长、叶宽及叶面积进行全基因组关联分析。结果表明,通过对关联群体性状进行统计可知,不同性状变异系数在17.00%～31.00%,变异丰富;且各性状的峰度和偏度都在-1～1之间,呈典型的数量性状遗传;方差分析也表明,各性状在基因型间都达到极显著差异;相关性分析及层次聚类分析发现,关联群体的各性状间均呈现显著或极显著(P<0.05或P<0.01)正相关关系,且各性状间共同影响着玉米干物质的积累。由主成分分析(principal component analysis, PCA)可知,在棒三叶叶长、叶宽及叶面积间可筛选出对总体方差累计贡献率达89.436%的两个主成分,表明这两个主成可以代表棒三叶叶型性状的绝大多数信息。以P≤3.99×10^-6为显著阙值,利用Q模型对供试群体进行关联分析,在玉米叶长、叶宽及叶面积间共...     

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。     

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、...     

小麦株高相关性状与SNP标记全基因组关联分析

株高是影响小麦产量和控制倒伏的重要因素,研究小麦株高相关性状的遗传机制对高产育种具有指导意义。以205份中国冬麦区小麦品种(系)为材料,利用分布于小麦全基因组的24 355个单核苷酸多态性(SNP)标记对株高相关性状进行关联分析。共发现38个与株高相关性状显著关联(P0.0001)的SNP,分布在1B、2A、2B、3A、3B、3D、4A、4B、5A和6D染色体上。其中,11个位点至少在2个环境中稳定表达,可用于开发CAPS标记。同时,发掘了一批株高性状相关基因的优异等位变异,如降低株高的等位变异Bob White_c48009_52,平均降低株高12.9 cm;控制穗下节间长的等位变异BS00039422_51-C和IAAV1698-A,分别调控穗下节间长5.9 cm和6.6 cm。本研究发掘的控制小麦株高基因位点为在分子水平上研究小麦株高复杂性状提供了有价值的参考。     

氮肥运筹对大麦β-葡聚糖酶活性和麦芽品质的影响

研究了同一施氮水平下3种氮肥运筹对大麦β-葡聚糖酶活性和麦芽品质的影响。籽粒蛋白质含量,追肥孕穗期一次施用的处理（N3）显著高于二叶期一次施用处理（N1）和二叶期与孕穗期分次等量施用处理（N2）,且品种间表现不同,N2和N3处理之间,秀麦3号无显著差异,而92-11差异显著;氮肥处理对籽粒β-葡聚糖含量的影响也表现为     

基于全基因组关联分析解析玉米籽粒大小的遗传结构

玉米籽粒大小是产量重要构成因子之一,也是受多基因调控的复杂数量性状,挖掘玉米籽粒大小相关性状的关键调控基因,将有助于提高玉米的产量。本研究以212份优良玉米自交系为材料,于2018年和2019年分别对粒长、粒宽和粒厚进行测定,并结合均匀分布于玉米基因组的73,006个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记进行全基因组关联分析。基于FarmCPU算法,在玉米的10条染色体上检测到47个与籽粒大小相关性状关联的SNP。结合B73玉米自交系籽粒发育的动态时空转录数据,在显著SNP标记的连锁不平衡区域内,共检测到58个与籽粒大小相关的候选基因,其编码的蛋白与多种蛋白存在互作关系,参与并调控多个与籽粒发育密切相关的生物学过程。本研究为解析玉米籽粒发育的分子调控机制,改良籽粒大小和提高作物产量提供了新的参考。     

大豆叶型性状全基因组关联分析与候选基因鉴定

大豆叶片的形状和垂直分布影响群体冠层结构和光合效率并最终影响大豆的产量。植物叶片大小、形态因着生位置不同而产生差异的现象称为异形叶,虽然异形叶现象在被子植物中广泛存在,但目前关于大豆叶片发育过程中异形叶的调控的研究还很有限。本研究通过对283份大豆种质资源的叶长、叶宽、叶形指数和异形叶指数等叶型相关的性状在江苏南京进行连续2年的考察,利用全基因组关联分析检测到181个叶型性状相关位点,其中能够在2个环境或多个性状中重复检测到的位点18个。利用检测到的与叶型相关的SNP位点,结合基因的表达谱数据、拟南芥中同源基因的功能,鉴定与大豆叶片发育和异形叶形成相关的候选基因。其中在20号染色体的相关位点Chr20:36152820上游发现已知的大豆叶形调控基因Ln (Glyma.20G116200)。此外,在19号染色体的相关位点Chr19:45155943附近鉴定到2个候选基因Glyma.19G192700、Glyma.19G194100,分别被注释为Growth-regulating factor 4 (GRF4)和LITTLE ZIPPER 3 (ZPR3)基因的同源基因,为阐明大豆异形叶等...     

西北早粳稻核心种质资源蛋白质含量全基因组关联分析

为挖掘与稻米蛋白质含量相关的基因,以139份西北早粳稻核心种质资源为材料,基于SNP标记分析方法对139份种质资源的蛋白质含量表型数据进行全基因组关联分析。结果表明,本试验共定位到3个与稻米蛋白质含量显著相关的SNPs位点,关联到32个基因,包括1个已克隆基因和31个未克隆基因,对水稻的生长发育和品质形成有重要影响。     

全基因组关联分析定位水稻芽期中胚轴长度性状QTL

直播稻出苗难的问题是制约直播稻发展的重要因素之一,中胚轴的长度与直播稻大田出苗率和出苗质量密切相关。利用控制中胚轴伸长的基因培育长中胚轴品种是提高水稻直播稻出苗率和出苗质量的重要策略。为了挖掘长中胚轴水稻品种资源和鉴定控制中胚轴长度的基因,本研究以来源广泛的203份水稻核心种质为研究材料,评价了不同类型品种芽期中胚轴长度表型变异,利用全基因组关联分析(genome wide association analysis, GWAS)定位了控制中胚轴长度的QTL,并预测相关候选基因。结果表明,不同亚群材料中胚轴长度表型变异丰富,6个亚群平均长度为AUS稻(AUS)>温带粳稻(TEJ)>中间型(ADMIX)>籼稻(IND)>热带粳稻(TRJ)>香稻(AROMATIC)。GWAS分析定位了21个中胚轴长度相关QTL,共48个显著关联的SNP(P<0.001),分别位于第1、2、3、4、5、6和10染色体上。预测获得其中5个QTL区间的6个候选基因,编码松弛细胞壁、细胞伸长因子、生长素诱导等蛋白。研究结果为进一步克隆水稻中胚轴长度调控基因和利用分子标记辅助选择培...     

玉米穗轴粗全基因组关联分析

玉米穗轴粗是一个影响玉米产量和穗轴产量的重要性状,其遗传机制的解析可以对高产育种提供指导。本研究以309份玉米自交系为材料,利用测序基因型分型技术对其进行基因型鉴定。采用FarmCPU(fixed and random model circulating probability unification)、MLMM (multiple loci mixed linear model)和CMLM (compressed mixed linear model)方法,对2017年和2019年河南原阳、河南郸城、河南虞城、海南三亚以及最佳线性无偏估计值环境的穗轴粗,进行全基因组关联分析,共鉴定12个与穗轴粗显著关联的SNP (single nucleotide polymorphisms)(P<8.60E-07)。其中,S4₂9277313利用FarmCPU和MLMM方法在2017年原阳均检测到。S1₂9006330、S2₁70889116、S2₂046026464和S4₈3821...     

普通小麦氮素利用效率相关性状全基因组关联分析

氮元素在粮食作物生长和发育过程起着不可替代的作用。发掘氮素利用效率相关基因对于提升小麦产量、减少环境污染具有重要意义。植株根系构型(rootsystemarchitecture,RSA)代表着根系的结构及空间造型,显著受氮素水平影响。本研究在正常供氮和缺氮两种氮素水平下,对160份来自黄淮冬麦区和北部冬麦区普通小麦品系的根系构型相关性状(总根长、总根表面积、总根体积、平均根直径和根尖数)进行统计,并结合小麦660KSNP(single nucleotidepolymorphism)芯片基因分型数据对根系相关性状的相对值进行全基因组关联分析,以期发掘氮素利用效率相关位点。本研究检测到34个与氮素利用效率显著关联的SNP位点,可解释6.9%～15.4%的表型变异。关联位点在所有染色体均有分布,主要集中于1A、2B、3B、5B、6A、6B和7A染色体。11个位点与已报道位点重叠或接近,其他23个位点可能为新的位点。另外,在3B染色体上发现一个编码E3泛素连接酶的候选基因。     

大麦籽粒β-葡聚糖含量的积累规律

为了解不同播期对大麦籽粒β-葡聚糖含量的影响及大麦籽粒β-葡聚糖含量的积累规律,以‘苏啤6号’和‘藏青25’为试验材料,在2年3个播期下,测定开花后多个时期大麦籽粒β-葡聚糖含量。结果表明,不同播期下,‘苏啤6号’籽粒β-葡聚糖含量无差异,‘藏青25’籽粒β-葡聚糖含量差异显著,播期为11月上旬时β-葡聚糖含量最高;在正常播期下（10月下旬）,大麦β-葡聚糖含量从开花到开花后30天间,呈逐渐增长的趋势,开花后30天以后趋于稳定;花后籽粒β-葡聚糖含量的积累速率在花后1~5天、20~25天积累速率呈现峰值。播期对不同大麦品种籽粒β-葡聚糖影响不同,花后1~5天、20~25天是大麦籽粒β-葡聚糖含量积累的关键期。     

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。     

甘蓝型油菜株高性状的全基因组关联分析

适当的株高不仅是抗倒性和机械化收获的需要,而且是建立高产理想株型的需要。本研究测定来自世界油菜主产国的371份种质资源材料构成的自然群体的株高,利用60K SNP芯片对该群体进行基因型检测,获得了21 856个SNP,利用这些SNP和株高数据进行全基因组关联分析,结果表明:(1)检测到4个与株高显著关联的SNP,即Bn-A07-p3583161、Bn-scaff_22790_1-p1271170、Bn-scaff_20735_1-p42779和Bn-scaff_18702_1-p589589,分别分布于A07、C01和C02染色体;它们对表型变异的解释率分别为11.33%、11.75%、12.31%和10.97%;(2)参考基因组信息,在上述前3个SNP附近的492.0、9.5和69.5 kb处分别找到一个与株高性状相关的候选基因;(3)4个显著SNP各自的等位基因间表型均值差异分别为11.09、15.12、10.48和8.93 cm,双尾t测验结果表明各等位基因组间差异显著。