茶树新梢中香叶醇樱草糖苷含量的全基因组关联分析

香叶醇是茶树中含有的一种重要的挥发性单萜醇,在茶树与环境互作中起重要作用,也是茶叶中关键呈香成分之一,茶树新梢中的香叶醇主要以香叶醇樱草糖苷形式存在。发掘香叶醇樱草糖苷含量性状显著关联的SNP位点与候选基因,对香叶醇樱草糖苷含量的遗传调控机制研究与茶树遗传改良具有重要意义。以169个茶树种质为研究对象,连续3年对其新梢香叶醇樱草糖苷含量进行鉴定,基于SLAF简化基因组测序技术开发SNP标记,然后利用一般线性模型(GLM)对茶树新梢香叶醇樱草糖苷含量性状进行GWAS分析,发掘该性状显著关联的SNP位点与候选基因,最后对极端含量材料间的候选基因编码区碱基差异及其上游顺式作用元件进行分析。结果表明,参试群体在3个环境下香叶醇樱草糖苷含量变异系数范围为77.6%～81.8%,广义遗传力为62.6%。香叶醇樱草糖苷含量性状在基因型、环境间均呈现显著差异,变异受遗传影响为主。3个环境下共检测到340个SNP与香叶醇樱草糖苷含量显著相关,其中2个环境下重复检测到65个SNP。基于参考基因组与连锁不平衡衰减距离,获得重复检测到的SNP两侧各100 kb范围内的基因共88个,包含信号蛋白、激酶、磷酸酶、...     

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、...     

用全基因组关联分析筛选甘蓝型油菜叶片叶绿素含量候选基因

提高油菜产量是保障国家粮油安全的重要举措。作物"源""流""库"理论表明,充足的光合产物(源)是高产的前提,而叶绿素是直接参与光合作用的物质,因此,选育高叶绿素含量的甘蓝型油菜是提高产量的重要途径。本课题组前期对全球收集的588份优异油菜种质资源进行5X重测序,获得385,692个高质量SNP标记。利用SPAD-502叶绿素仪于2018—2019连续2年测定苗期完全伸展的叶片叶绿素总量,结合获得的SNP标记进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS),筛选与叶绿素含量显著关联的SNP位点。结果表明, 2018年鉴定到5个显著关联的SNP位点,贡献率为5.51%～7.89%,其中S6₃493805位点贡献率最大;2019年检测到46个SNP位点,贡献率为7.29%～10.34%,其中S13₁1413088位点贡献率最大。将显著关联SNP位点上下游各500 kb区间内的基因与参考基因组比对,初步筛选出2022个油菜基因。将其基因序列在拟南芥基因组内进行BLAST比对,结合前人已报道的拟南芥同源基因...     

玉米雌穗产量相关性状全基因组关联分析与候选基因鉴定

玉米雌穗产量相关性状直接影响玉米最终产量,解析其遗传机制可为玉米高产提供有益指导。本研究以733份玉米自交系作为关联群体,在2个环境下随机区组种植,调查穗行数(KRN)、穗长(EL)和穗粗(ED) 3个产量相关性状,利用MaizeSNP3072芯片对其进行基因分型,采用FarmCPU模型进行全基因组关联分析,分别鉴定出16、13和24个与3个性状显著关联的单核苷酸多态性位点(SNP),对表型变异的解释率分别为0.01%～7.08%、0.01%～5.34%和0.07%～4.34%。其中,分别有6、2和5个与3个性状存在显著关联的高可信度(highconfidence,HC)SNP,而且有2个HC-SNP同时与KRN和ED显著相关, 1个KRN HC-SNP和3个ED HC-SNP为本研究首次报道。在所鉴定HC-SNP上下游200 kb范围内筛选出33个重要候选基因,其中9号染色体SNP标记PZE-109003046所在基因PIN1a为控制生长素极性运输从而调控雌穗性状的已知基因。另一些候选基因编码不同转录因子,以及参与生长素、赤霉素和乙烯等激素介导的信号转导、DNA甲基化和蛋白磷酸化等翻...     

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。     

玉米穗位高全基因组关联分析及其候选基因预测

利用41 101个SNP标记对159份我国玉米自交系进行全基因组分析.通过控制群体结构和亲缘关系,采取混合线性模型,检测到7个与穗位高显著相关SNP(P ＜0.0001),并确定7个候选基因,其注释功能有GABA-B受体活性、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性、组蛋白-赖氨酸N-甲基转移酶活性、转运活性、翻译起始因子活性和酰胺基tRNA水解酶活性.利用BioMercator2-1软件将收集的137个稳位高QTL整合至IBM2 2008Neighbors玉米遗传图谱上,确定19个“一致性”QTL,结合分析7个与穗位高显著相关的SNP位点信息,获得2个候选基因.     

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。     

水稻产量相关性状的全基因组关联分析及候选基因筛选

水稻是最重要的粮食作物之一,培育高产稳产的水稻品种对于维护粮食安全至关重要,对产量相关性状的遗传解析是提高水稻产量的基础。本文从“3000份水稻核心种质重测序项目”(3K Rice Genome Project)中挑选生育期较为一致的226份核心种质资源材料考察生育期(rice growing period, RGP)、株高(plant height, PH)、有效穗数(effective panicle number, EPN)、穗长(panicle length, PL)、穗着粒密度(spikelet density, SD)、结实率(seed setting rate, SSR)、千粒重(thousand grains weight, TGW)、单株产量(yield per plant, YP)、每穗颖花数(spikelet per panicle, SP)、每穗实粒数(grainsperpanicle,GP)10个主要农艺性状,结合2429kb的高密度基因型数据进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。共定位到显著相关位点4...     

广西水稻地方品种核心种质稻瘟病抗性位点全基因组关联分析

稻瘟病是水稻重要病害之一,严重影响水稻的产量与品质。培育抗性品种是防治稻瘟病最经济、环保的方式。稻瘟病抗性基因的鉴定与挖掘是开展抗病育种的基础与前提。本课题组前期对419份广西水稻地方品种核心种质进行简化基因组测序,获得208,993个高质量SNP标记。本研究采用苗期喷雾接种方法,研究了该419份核心种质对7个稻瘟病生理小种的抗性,并根据表型和基因型数据,利用一般线性模型(general linear model,GLM)和混合线性模型(mixed linear model,MLM)进行全基因组关联分析。2种模型下共检测到20个位点,其中GLM检测到20个位点,MLM检测到1个位点,Chr12_10803913位点在2种模型下都检测到。17个位点与前人定位的基因/QTLs重叠,其余3个是新位点,分别为Chr3_18302718、Chr3_18302744及Chr5_10379127位点。在20个显著关联位点上下游各150 kb的基因组区域中共筛选出候选基因323个,初步确定8个候选基因与抗病相关,其中LOC_Os12g18360(Pita)、LOC_Os12g18729(Ptr)为已知克隆的基因,LOC_Os03g32100、LOC_Os03g32180和LOC_Os05g18090为新位点附近筛选到的候选基因。本研究结果为稻瘟病抗性位点挖掘与稻瘟病相关基因克隆提供了科学依据。     

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...     

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。     

玉米株高和穗位高性状全基因组关联分析

适宜的株高和穗位高可提高植株的养分利用效率及抗倒伏性,对玉米增产和稳产具有重要意义。为揭示玉米株高和穗位高遗传机制,本研究以854份玉米自交系为关联群体,利用均匀分布于玉米10条染色体的2795个SNP标记对4个环境下玉米株高、穗位高以及穗位系数进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。共定位到81个显著关联SNP位点(P<0.0001),其中与株高显著关联的SNP为35个,单个位点表型解释率为0.02%～6.23%;与穗位高显著关联SNP为31个,单个位点表型变异解释率为0.03%～3.06%;与穗位系数显著关联的SNP位点为24个,单个位点表型变异解释率为0.03%～6.64%。进一步鉴定出15个可在2个及以上环境共定位的稳定SNP,其中6个为本研究首次发现, 9个位于前人定位QTL区间或/和关联SNP位点2 Mb范围内。在15个稳定SNP位点上下游各200kb的置信区间共发现83个功能注释基因,结合文献分析筛选出了每个位点最有可能的候选基因,这些候选基因主要参与激素合成与信号转导、糖类代谢、细胞分裂调控等途径。鉴定出6个...     

基于QTL定位和全基因组关联分析挖掘甘蓝型油菜收获指数相关位点

收获指数是一个重要的农艺性状,甘蓝型油菜的收获指数偏低,有较大的改良空间,研究油菜收获指数的遗传机理对该性状的改良具有重要的指导意义。本研究利用已构建的高密度遗传图谱对由高、低收获指数亲本衍生而来的包含186个株系的重组自交系进行收获指数的数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)定位, 2016—2018连续3年环境及最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction, BLUP)值共定位到12个收获指数相关QTL,分别位于A03、A05、A06、A07、A09、C04和C05＿random染色体上,单个QTL解释的表型变异在1.27%～14.20%之间。同时,利用588份重测序自然群体对收获指数性状开展了全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),2016、2017、2019年及BLUP值共检测到6个显著关联位点,分别位于A09、C01和C03染色体上,其中2019年环境检测到的位于A09上的S9＿25882060与S9＿25961704重叠,且与2016年环境检测到的位于A...     

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。     

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。     

用全基因组关联作图和共表达网络分析鉴定油菜种子硫苷含量的候选基因

油菜籽饼粕是畜禽养殖中重要的蛋白原料, 但饼粕中的硫苷是一种抗营养物质, 食用过多会对禽畜产生毒害, 因此挖掘油菜籽粒硫苷含量的候选基因对油菜种子低硫苷育种具有重要现实意义。本研究连续4年种植1个含157份材料的油菜自然群体, 结合重测序数据对种子硫苷含量进行全基因组关联分析(GWAS), 并对15份低硫苷和15份高硫苷材料进行种子发育早期的转录组测序, 通过权重基因共表达网络分析(WGCNA)鉴定种子硫苷含量的候选基因。用GWAS共检测到45个与种子硫苷含量显著相关的SNP, 单个位点解释的表型变异为13.5%~23.3%, 主要分布在A09、C02和C09染色体的3个区间中, 覆盖5个已知的硫苷代谢基因。用WGCNA分析发现高、低硫苷材料之间的2275个差异表达基因, 可分为12个基因模块, 其中1个模块的基因显著富集在已知的硫苷生物合成途径, 对该模块内163个基因的权重分析得到13个候选基因。经检测, GWAS和WGCNA共得到的18个候选基因中, 有14个候选基因的表达量与种子硫苷含量显著相关(r = 0.376~0.638, P<0.05)。用两种方法鉴定到1个共同的候选基因BnaC02g41790D (基因名MAM1), 与该基因连锁的5个SNP构成5种单体型, 等位基因效应分析发现, 自然群体中63%的材料(99/157)为Hap 5, 平均硫苷含量为50.79 μmol g^-1, 与另外4种单体型(95.04~110.28 μmol g^-1)存在极显著差异(P<0.01)。本研究结合GWAS和WGCNA两种方法鉴定了油菜种子硫苷含量的候选基因, 可为复杂性状候选基因的筛选提供参考。     

白菜型油菜开花时间的全基因组关联分析

为定位白菜型油菜开花时间相关的候选基因,为白菜型油菜抽薹和开花时间遗传改良提供依据,以110份白菜型油菜组成的自然群体为研究材料,对它们进行花期调查和重测序分析。利用重测序获得的高质量的SNP集合对110份材料进行群体进化树分析、主成分分析和群体遗传结构分析和全基因组关联分析。花期观察结果表明,不同地理位置的白菜型油菜在开花时间上存在广泛差异。群体结构分析结果显示,110份材料可分为2个亚群,亚群内部分布较为集中,2个亚群之间的分布与白菜型油菜材料所处的地理位置密切相关。对开花时间进行全基因组关联分析,发现白菜型油菜全基因组衰减平均LD为19 kb,并获得了4个与开花时间表型显著关联的信号位点。对4个关联候选位点所在物理位置上下游一定区域内的相关基因进行功能注释,筛选得到白菜型油菜开花时间相关候选转录本9个,进一步分析发现9个转录本中一共包含4个候选基因,它们是拟南芥LOL1、CAT5和FAD8等的同源基因。本研究结果为获得白菜型油菜开花时间相关的候选基因,并利用候选基因进行花期调控和遗传改良提供一定理论基础和线索。     

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。