全基因组重测序分析4个毛竹变型的秆形和秆色变异

为揭示毛竹重要变型的全基因组突变类型,选取4个有代表性的毛竹变型,采用高通量重测序技术,进行全基因组重测序,测序深度12×。分别提取毛竹4个变型与参考基因组间发生非同义突变的SNP、CDS区发生InDel与SV的基因,比较可以发现,2个秆形变异的竹种圣音竹和厚壁毛竹基因组的变异基因数目和变异类型相近,而2个秆色变异的竹种黄槽毛竹和黄皮花毛竹基因组的变异数目和变异类型相近。4个毛竹变型均存在多个基因同时存在多种类型突变。将变异基因与GO、COG、KEGG等功能数据库进行比对、注释,共获得1 739个参与细胞壁、细胞膜合成的基因,501个细胞骨架构建相关基因,1 785个转录因子相关基因,1 324个信号转导相关基因,104个赤霉素相关基因,76个激素代谢相关基因,1 938个叶绿素合成相关的基因,73个类胡萝卜素合成代谢相关基因和68个花青素合成调控基因,这些差异基因分别在毛竹秆形和秆色调控方面起着重要作用。     

基于全基因重测序的芒果细菌性角斑病抗性相关SNP分析

芒果细菌性角斑病是芒果生产上的重要细菌病害之一,为揭示芒果品种对细菌性角斑病的抗性差异,本研究通过全基因组重测序技术对高抗细菌性角斑病品种‘热农1号’和高感细菌性角斑病品种‘凯特’进行测序,通过与参考基因组‘红象牙’进行比对,进行数据统计与质量检测、序列比对及多态性SNP位点分析。结果表明,在测序深度10X下,‘凯特’和‘热农1号’分别获得5.93 Gb和4.55 Gb的数据量,过滤后的Q30达到92.4%和92.3%。将获得的原始数据与参考基因组对比,‘凯特’和‘热农1号’比对上的reads数目分别是31 108 817和30 217 182。‘凯特’和‘热农1号’分别检测到3 530 706和3 325 884个SNP位点,产生非同义突变的SNP位点数分别为133 283和127 148个,杂合度为0.43%和0.36%,转换和颠换的比值为2.24和2.25。基于抗病品种‘热农1号’和感病品种‘凯特’全基因组重测序数据比较的结果,获得到了3 258 857个差异SNP位点和33 161条基因信息,其中有937个基因参与抗病蛋白的调控。本研究结果可以在一定程度上反映抗感细菌性角斑病的...     

基于重测序的41份芝麻种质资源全基因组序列分析

为揭示贵州不同生态区域芝麻种质全基因组突变类型,通过41份芝麻种质资源的全基因组重测序对单核苷多态性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)、小片段插入缺失(Insertion-deletion, InDel)和结构变异(Structural Variation, SV)等进行检测并注释,明确各突变在全基因组范围内的突变数量与位置信息,并基于SNP数据对41份芝麻种质资源进行种群结构分析。结果表明,共检测到SNP位点20 940 797个,InDel位点2 989 500个,SV位点138 135个,其中SI＿35材料的SNP、InDel、SV三个变异类型位点数量均为最多,分别为1 032 613个、144 363个、5 328个。群体结构分析结果显示,41份芝麻种质资源包含4个亚群;主成分分析结果显示,各芝麻种质在主成分1、主成分2之间的相互距离及位置基本符合进化树和群体机构的分析结果。本研究为贵州芝麻种质资源的研究提供了初步的进化框架。     

基于基因重测序信息的大豆基因靶向CAPS标记开发

为了开发大豆基因靶向的功能分子标记,本研究采用生物信息学方法分析了大豆基因重测序数据,筛选出酶切位点突变的SNP位点,设计PCR引物163对,选用东北地区主栽品种绥农14的DNA为模板进行PCR扩增,其中139对引物获得大小为400~1 200 bp的特异片段。以大豆绥农14、合丰25、Acher、Evans、Peking、PI209332、固新野生大豆、科丰1号和南农1138-2的DNA为模板,采用筛选的139对引物进行PCR扩增,对扩增产物进行酶切分析,发现73对引物的PCR产物具有酶切多态性,开发出CAPS标记73个。通过功能注释分析发现,这73个CAPS标记靶向的基因主要参与细胞内亚细胞定位过程、蛋白质的结合与催化以及代谢过程等,与大豆重要农艺性状的形成相关,可以用于大豆品种的鉴定和分子系统进化的研究。     

福建地区草莓斑驳病毒全基因组测序和分子变异分析

为了深入解析草莓斑驳病毒(strawberry mottle virus,SMoV)的分子变异以及遗传多样性,采用小RNA高通量测序结合RACE和RT-PCR技术获得了福建地区SMoV基因组全长序列。SMoV基因组RNA1和RNA2分别为7034 nt和6354 nt,均含有1个ORF,分别编码多聚蛋白P1和P2;SMoV福建分离物同其他15个SMoV分离物的同源性分析表明,RNA1核苷酸和多聚蛋白P1氨基酸同源性分别为79.2%~96.8%和89.0%~99.5%;RNA2核苷酸和多聚蛋白P2氨基酸同源性分别为77.9%~97.8%和89.9%~98.9%。SMoV福建分离物各编码蛋白同其他15个SMoV分离物的同源性分析表明,仅病毒基因组连接蛋白最为保守,其他各蛋白核苷酸序列和氨基酸序列变异均较大。福建分离物和中国部分分离物聚在一个大分支上,和中国分离物DGHY3亲缘关系最近。SMoV中国福建分离物的基因组结构与其他分离物相一致,其核苷酸序列和氨基酸序列分子变异较大,并且和中国其他分离物具有较丰富的遗传多样性,在进化上有一定的地理相关性。     

矮腥黑粉菌胁迫的小麦全基因组重测序与转录组联合分析

为揭示矮腥黑粉菌胁迫下的小麦抗感品种间遗传背景差异,筛选小麦抗矮腥黑穗病候选基因。本研究以小麦感病品种‘伊犁053’和中抗品种‘中麦175’为研究对象,在接种矮腥黑粉菌后对籽粒组织进行重测序与转录组测序的联合分析。经过差异InDel分析后,共有69 840个变异基因与转录组数据进行了联合分析,有7 300个基因在小麦发病籽粒组织中有表达,有162个(2.22%)基因呈极显著差异表达,且基因表达量倍数变化≥1.5倍(‘中麦175’相对于‘伊犁053’,有125个上调, 37个下调);经过差异SNP分析后,共有98 331个变异基因与转录组数据进行了联合分析,有7 438个基因在小麦发病籽粒组织中有表达,有126个(1.69%)基因呈极显著差异表达,且基因表达量倍数变化≥1.5倍(‘中麦175’相对于‘伊犁053’,有86个上调, 40个下调)。本研究成功揭示了在矮腥黑穗病胁迫下抗感病小麦品种间的遗传差异表达信息,为进一步筛选小麦抗矮腥黑穗病候选基因提供参考。     

水稻杂种劣势相关亲本的全基因组重测序及其遗传变异分析

杂种劣势是在产量、生物量以及其它一些农艺性状表现与杂种优势相反的一种现象,而在杂种劣势的相关分子机理研究方面很少受到关注。为了解析杂种劣势的相关分子机理,本研究旨在利用杂种劣势相关的3个粳稻品种‘Aranghyangchalbyeo’(CH7)、‘Sanghaehyangheolua’(CH8)和‘Shinseonchalbyeo’(CH9)进行全基因组重测序,分析全基因组序列变异,解析杂种劣势的遗传基础。通过与粳稻品种‘日本晴’参考基因组的比对分析,在CH7、CH8和CH9基因组中分别获得了574551个、1026428个和792465个变异位点,包括SNPs和InDels变异位点。同时,基于基因组的拷贝数变异(CNVs)检测,在CH7、CH8和CH9基因组中分别获得了5698个、6872个和6133个拷贝数变异位点。此外,本研究也发现CH7、CH8和CH9基因组的变异位点在水稻的12条染色体上的分布是不均匀的。这些结果明确了相关基因组中的变异位点信息,为进一步研究杂种劣势的遗传机理提供了基础。     

基于重测序的3个自封顶番茄品系基因组变异检测分析

自封顶类型番茄品种产量与主茎花序数有密切关系,关于控制花序封顶性状基因的研究报道较多,而对控制番茄封顶花序节位的相关研究报道较少。为研究不同自封顶番茄主茎封顶花序节位之间的遗传变异,筛选出参与调控主茎封顶花序节位相关的候选基因。本试验利用重测序技术对3个番茄品系GXF、AXF和815进行变异检测。结果表明,3个样本共检测到5 968 501个SNP和485 114个InDel,与参考基因组比对后共发生33 473个基因变异,将发生在CDS区的变异基因进行GO和KEGG数据库比对,发现主要集中于基础代谢和玉米素的生物合成。通过基因组序列比对分析,筛选获得16个可能是参与调控番茄主茎封顶花序节位的关键基因。研究结果明确了相关基因的变异位点信息,为进一步研究自封顶番茄花序节位的遗传机理奠定了基础。     

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。     

基于木薯全基因组重测序的InDel标记开发及应用

本研究旨在开发稳定可靠、操作简便的木薯In Del分子标记,为木薯种质资源遗传多样性研究、品种鉴定等工作提供有力工具,为木薯育种发展提供保障。本研究基于22份木薯种质资源全基因组重测序分析结果随机挑选了64个In Del分子标记进行引物设计并利用琼脂糖凝胶电泳检测进行有效性验证,结果有20对引物具有多态性,多态性率为31.25%。随后将具有多态性的且扩增效果最优的18个InDel标记扩增条带数进行统计生成矩阵用于木薯种质资源遗传多样性研究,各标记的基因多样性指数于0.21～0.50之间,香农多样性指数于0.36～0.70之间。聚类结果分析将72份木薯材料在遗传相似系数0.62处划分为2大类群。且将中国的地方品种及选育品种大多划分至1#中的同一分支,其余薯肉颜色及内皮颜色相同的木薯材料大多都聚类到了一起。此外,本研究开发出的In Del分子标记IDC46具有特异性,可用于特定木薯材料鉴定。说明后期InDel引物有望成为木薯指纹图谱及分子身份证构建的有效工具,本研究结果也将对木薯育种工作后续开展具有一定的参考意义。     

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。     

基于重测序的‘蒙冠1号’、‘蒙冠2号’全基因组遗传变异分析

为了研究不同文冠果品种之间的遗传变异,采用高通量重测序技术,对两个高产文冠果品种‘蒙冠1号’‘蒙冠2号’分别进行了全基因组测序,平均测序深度为93.35×和86.76×,覆盖率为99.96%,并与参考基因组比对,在两个品种中检测到了丰富的遗传变异,包括SNP和InDel。对存在遗传变异的基因进行GO富集,发现它们主要富集在细胞壁合成和胁迫响应。针对不同品种的差异,发现‘蒙冠1号’主要富集在细胞壁生物发生及生长发育通路,‘蒙冠2号’主要与胁迫响应和防御通路相关,推测这些基因的遗传变异是不同性状差异的原因。本研究结果一定程度上反映了文冠果两个品种之间在基因组水平的差异,为分子标记的开发提供了遗传基础,也为后续的分子育种及品种改良提供了理论指导和科学依据。     

基于不同烟草类型基因组重测序的烟草SSR标记的开发和应用

基于基因组重测序的分子标记研究是一种新的方法。本研究在普通烟草基因组序列已完全测定的基础上重测序了4个烟草品种（系）,包括烤烟类型（LY1306,秦烟96）2个,晒烟类型（Wanmao 3）1个,马里兰烟草类型（Wufeng 1）1个。结合在NCBI中测序并发布的K326和TN90品种的基因组序列,分析了这4个重测序的烟草品种的InDel突变和SNP突变位点,鉴定出7个具有品种多态性的SSR候选位点,其中5个SSR位点可扩增出DNA片段。通过对包括不同烟草类型在内的10个烟草品种进行PCR检测,表明本研究选出的SSR位点可用于烟草品种或烟草类型的分类,其中NW-015889872.1、NW-015854676.1和NW-015890969.1等3个SSR位点可有效区分烤烟、白肋烟和马里兰烟以及晒烟烟草类型。     

基于名优谷子品种晋谷21全基因组重测序的分子标记开发

小米因其营养丰富日益受到重视, 而小米的品质是民众选择小米时最为关注的指标。晋谷21米质优异, 但由于缺少基因组信息, 严重阻碍了其优异米质形成机制的研究。本研究利用高通量测序技术, 对晋谷21全基因组进行重测序, 获得了14.95 Gb高质量测序数据。进一步将其与豫谷1号参考基因组比较, 发掘了169 037个InDel位点和1 167 555个SNP位点, 其中长度在13~50 bp之间适于琼脂糖凝胶电泳检测的InDel位点为14 578个。选择其中1个SNP位点和68个InDel位点验证, 表明利用二代测序技术开发的InDel和SNP标记真实可靠。基于名优谷子晋谷21重测序数据开发的InDel和SNP分子标记具有通用性, 可用于其他谷子、狗尾草和谷莠子等种质资源的相关研究。同时, 开发了一个晋谷21特异的InDel标记2G5501976, 利用该标记即可快速鉴定待测材料是否为晋谷21及其衍生品种。本研究初步揭示了晋谷21的基因组特征, 不仅为深入解析其优异米质形成的分子机制奠定了基础, 而且为相关分子标记辅助育种、遗传分析和基因克隆提供了分子标记资源。     

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、...     

基于783份大豆种质资源的叶柄夹角全基因组关联分析

叶柄夹角是影响植株高效受光态势的重要因素,通过调节叶柄夹角实现大豆株型改良,对大豆产量提高非常重要。大豆叶柄夹角为数量性状,目前大多数研究处于QTL定位阶段,已报道的控制叶柄夹角GmILPA1基因也是从突变体中克隆得到,因此亟须发掘更多调控基因及优异等位变异,以促进大豆叶柄夹角调控机制的解析及育种利用。本研究于2019年和2020年分别在海南、北京种植783份和690份大豆种质资源并调查叶柄夹角表型,通过分布于大豆全基因组的单核苷酸多态性(SNP)标记对叶柄夹角进行关联分析。结果表明,不同节位叶柄夹角呈现正态分布,属于典型的数量遗传特征。全基因组关联分析共统计到325个与叶柄夹角显著相关的SNP位点,在顶部节位关联到51个SNP位点,中部节位关联到230个SNP位点,底部节位关联到10个SNPs位点, 3个节位的平均值关联到34个SNP位点。显著位点LDblock进一步分析得到3个候选基因,第1个是生长素类调节蛋白相关的基因Glyma.05G059700,在茎尖分生组织中特异性表达,第2个是生长素反应因子(AFR)类蛋白相关基因Glyma.06G076900,在叶片和茎尖分生组织中高表...     

亚麻全基因组关联分析的研究进展

全基因组关联分析(GWAS)是应用单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)在全基因组水平上发现影响复杂性状的基因变异的一种手段。为了加强GWAS在亚麻育种中的应用,本文归纳了GWAS的优势及分析流程,列举了近年来国内外利用GWAS定位到的亚麻产量及品质相关性状的标记位点和候选基因,总结了亚麻白粉病的研究现状及其他作物在GWAS的相关研究,并提出GWAS在亚麻育种和抗病的未来发展趋势,为亚麻GWAS研究提供理论基础。