基于Overview和物理图谱的大豆主茎节数候选基因挖掘

利用与大豆主茎节数性状相关的54个原始QTL位点,应用Overview方法首次以大豆参考基因组物理图谱为背景进行整合和分析,得到11个重演性较好的置信区间,分布在大豆D1b、C2、B1、F、L和I连锁群上,其中L连锁群重演性较好的置信区间较多。对得到的候选区段进行基因注释得到488个候选基因,其中Glyma.11G087300、Glyma.20G014300、Glyma.13G221400、Glyma.06G243500、Glyma.13G052900、Glyma.13G052700参与植物激素信号转到通路(ID:Ko04075),推测这6个基因通过该通路的赤霉素途径和生长素途径参与大豆主茎节数的遗传调控。本研究所挖掘到的与茎生长发育及主茎节数直接相关的通路和候选基因能够为构建理想株型和大豆分子辅助育种提供新思路。     

甘蓝型油菜RIL群体株高性状的全基因组关联分析

为提高甘蓝型油菜株高的分子标记辅助育种效率,挖掘与株高相关的功能基因以构建理想株型,利用单个重组自交系(RIL)群体在3个环境下的株高表型数据及7 877个SNP标记的基因型分型数据进行全基因组关联分析。在2个或2个以上环境下同时检测到5个与株高显著相关的SNP(Bn-scaff_15794_3-p62430、Bn-A02-p9599263、Bn-A02-p9409799、Bn-A02-p9993945和Bn-A02-p9636219),均位于A02染色体上。比较利用连锁分析方法的QTL定位结果,发现标记Bn-A02-p9599263和Bn-scaff_15794_3-p62430分别位于QTL(q PH2-2和q PH2-4)峰值处,标记Bn-A02-p9636219和Bn-A02-p9993945分别落在QTL(q PH2-3和q PH2-4)2-LOD的置信区间内,标记Bn-A02-p9409799距离QTL(q PH2-2)的置信区间0.3c M。利用关联分析定位的区间(69.5~80.7c M)比利用连锁方法定位的QTL区间(60.7~95.9c M)缩小了24c M。依据参考基因组信息,在标记Bn-scaff_15794_3-p62430附近2kb处找到1个与株高性状相关的候选基因(GSBRNA2T00090973001)。结果表明,单个RIL群体进行全基因组关联分析可以对连锁QTL分析结果进行补充,缩小QTL置信区间。     

大豆耐密植相关性状遗传调控机制研究进展

密植是提高大豆单产的重要技术措施之一,大豆耐密植性是大豆品种的基因型与环境共同作用的结果。影响大豆品种耐密植特性的生长性状主要是株型性状和抗倒伏性等,其中株型性状包括株高、分枝数、叶柄长度和叶片大小等。研究人员通过对不同遗传群体进行解析,获得了多个控制相关表型的QTL位点并提出相关的候选基因。迄今在soybase网站中汇集了238个控制株高性状的QTL和68个与株高相关的QTN,21个与分枝相关的QTL,106个与抗倒伏性或茎秆强度相关的QTL位点。本文综述了大豆耐密植性相关性状遗传调控机制研究进展,以促进大豆耐密植遗传调控研究,为耐密植品种的分子设计育种提供参考。     

大豆结瘤相关QTL优化和候选基因挖掘

氮是植物生长必须的大量元素之一,大豆根瘤菌共生可以为大豆提供充足的氮元素。研究大豆根瘤菌共生机理,挖掘控制共生结瘤候选基因具有重要意义。鉴于现阶段关于调控大豆共生结瘤QTL区间大,无法直接应用到实际中,本实验整理了68个控制大豆结瘤的QTLs,通过Overview和共线性分析对其进行优化,在Gm06染色体上得到一个高置信QTLs区间对该区间进行了基因注释得到43个基因,其中包括一个控制C2钙/脂质结合和含GRAM结构域的蛋白质,一个侧根形成蛋白和一个E3泛素连接酶相关蛋白,并在CSSLs群体中查找该位置存在插入片段的株系进行结瘤性状鉴定。结果表明C2连锁群上的15-15.5Mb对于大豆根瘤菌共生结瘤有着至关重要的作用。     

大豆脂肪酸组分相关QTL元分析

大豆油中脂肪酸的种类与含量是衡量其品质的主要指标.目前,对大豆脂肪酸组分相关的QTL研究较多,然而这些结果之间由于作图群体、分析方法以及环境条件的差异造成了QTL定位的区间过大或定位区间重叠等问题.通过搜集已报道的与大豆脂肪酸含量相关的83个QTL,提取相对有效且可靠的QTL标记信息,利用元分析软件BioMercator2.1将这些QTL映射到大豆公共遗传连锁图谱Soymap2上,构建了一张大豆脂肪酸组分相关QTL一致性图谱.并利用QTL的95%的置信区间来元分析推断"真实"QTL的位置.结果共得到定位在10个连锁群上的19个"真实"QTLs,他们主要分布在A1、B2、D1b、D2、E、G、L这7条连锁群上且成簇分布,明显缩短了其QTL的置信区间.研究结果为大豆脂肪酸组分相关的QTL的精细定位以及脂肪酸组分相关基因挖掘提供了有力的依据.     

大豆共生结瘤相关性状QTL定位信息整合及候选基因分析

目前基于大豆共生结瘤QTL定位的结果少、置信区间大,难以应用于实践中,因此整合前人研究结果、缩短置信区间具有重要意义。本研究针对大豆共生结瘤相关性状,搜集国内外已报道的48个QTL定位结果,利用Meta分析得到2个分别控制结瘤数目、结瘤大小和结瘤干鲜重的Meta-QTL。在区间内选择候选基因,利用野生大豆和栽培大豆验证候选基因在接种根瘤菌后的表达模式,明确候选基因与共生结瘤的关系。对Meta-QTL区间内的6个候选基因进行qRT-PCR检测及初步生物信息学分析,结果表明其中4个基因有可能为大豆共生结瘤性状的候选基因。本研究的实验方法对QTL定位区间内候选基因的确定和功能研究具有指导意义。     

大豆底荚高度QTL定位及候选基因挖掘

底荚高度是衡量大豆品种是否适宜机械收获的关键指标。底荚高度较低的品种在机械收割过程中可能造成植株部分被切断或漏割,引起总产量损失。因此,大豆底荚高度候选基因对大豆机械化育种至关重要。本研究利用完备区间作图法(Inclusive Composite Interval Mapping, ICIM)对208染色体片段代换系群体(chromosome segment substitution lines, CSSL)进行大豆底荚高度QTL定位,获得9个与大豆底荚高度相关的QTL,分布在8条连锁群上。结合BSA重测序结果,将与大豆底荚高度相关的QTL定位到C1连锁群上1.1Mb和L连锁群上0.05Mb的区间内,并对其进行基因注释。通过基因注释数据库和信息学分析,在两个共识QTL区间内获得5个可能与大豆底荚高度相关的候选基因。这些结果可以为大豆底荚高度QTL精细定位以及机械化优质高产大豆品种的选育提供理论依据。     

基于大豆导入系群体结瘤相关性状QTL定位及基因挖掘

氮元素是植物生长所需的重要营养元素之一,生物固氮是大豆生长所需氮元素的重要来源。本实验室以绥农14为母本,野生豆ZYD00006为父本构建一套覆盖野生大豆全基因组的导入系群体。基于大豆导入系群体对结瘤数目和干重进行QTL定位,定位到3个QTL与根瘤干重相关,分布在N、M和D2这3个连锁群上,定位到5个QTL与根瘤数相关,分布在K、F、J和D2这4个连锁群上,在D2连锁群这两个性状有重叠区段(7.20-7.79Mb)。针对这个重叠区段的63个基因进行基因注释,选择到6个与共生、抗病相关的基因作为候选基因进行下一步验证。qRT-PCR分析表明根瘤菌侵染期间Glyma.17G097000基因表达模式与对照相比差异很大。Glyma.17G097000属于GmHIR基因家族,在大豆基因组中发现了11个家族成员。GmHIR家族基因结构相似性很高,基因表达有组织特异性。大豆HIR蛋白有Stomatins和Prohibitin两个结构域,能够参与离子通道调节等生理过程,与植物抗病和细胞周期有关。GmHIR基因来源于四个祖先,进化过程中是高度保守的。对GmHIR基因家族11个成员qRT-PCR检测,结果显示根瘤菌感染期间Glyma.05G029800、Glyma.09G154400和Glyma.17G097000这三个基因与对照相比表达模式差异较大。结果表明这三个基因可能在大豆共生体系建立中起着重要的作用,参与根瘤菌与大豆共生体系建立过程中的离子通道调节和免疫反应。本研究为大豆-根瘤菌共生机制研究奠定基础并提供有效候选基因。     

基于Meta分析的大豆磷效率相关QTL的整合

在搜集已经报道大豆磷效率相关的96个QTL基础上,利用BioMercator2.1软件和公共标记将这些QTL映射整合到大豆公共遗传图谱soymap2上,并利用Meta分析在16个连锁群上提取29个“真实”QTL区间,其中16个位点由控制1个性状的QTL组成,另13个位点由控制多个性状的QTL组成。经Meta分析后QTL置信区间缩小,平均置信区间由原来的9.95cM降到7.62cM,其中有4个“真实”QTL的置信区间小于1cM,另有8个“真实”QTL的置信区间在1~5 cM之间。这些“真实”QTL区间中,D1b-2和G-2与大豆磷吸收效率、磷利用效率和多个干重性状相关,D2-1与大豆磷含量和多个干重性状相关。这些QTL两侧标记可用于大豆磷效率的分子标记辅助选择。     

普通小麦（浙农林12×CASL7AS）DH系株高的分析

小麦株高与植株倒伏密切相关,影响小麦产量。为挖掘小麦株高QTL位点和候选基因,从遗传和分子水平上解释株高分子机理,本研究将野生二粒小麦染色体臂置换系CASL7AS为母本,课题组自选株系浙农林12（简称ZNL12）为父本,杂交F₁经过花培得到178个DH群体。通过4年2个种植点株高数据,利用55K SNP芯片构建高密度遗传图谱,对小麦株高性状进行QTL分析。该遗传连锁图谱包含3 655个SNP标记,长度为4 738.45 cM,标记间平均遗传距离为1.30 cM,覆盖了小麦21条染色体。其中,A、B、D染色体组分别含有标记1 466、1 492和697个。QTL分析共检测出53个QTL位点,分布于1A、3A、5A、7A、1B、3B、4B、5B、7B、2D、4D、6D和7D染色体上,可解释2.80%~38.50%表型变异。其中,稳定主效 QTL有2个,分别为QPh.zafu.4B-1和QPh.zafu.4D-1,其贡献率分别为25.18%~38.50%和20.67%。经细胞生物学分析,基因型为（0,2）矮秆植株胚芽鞘的表皮细胞长度显著短于基因型为（2,0）的高秆植株,基因型为（0,0）、（2,2）中间型的植株胚芽鞘表皮细胞长度无显著差异,由此推测小麦株高的变异由细胞长度因素决定。QPh.zafu.4B-1候选基因Rht-B1b基因编码区矮秆株系,第904核苷酸处发生碱基“C-T”的突变,形成终止密码子(CAG-TAG);而QPh.zafu.4D-1候选基因Rht-D1b基因编码区矮秆株系,第781核苷酸处碱基突变“G-T”,编码氨基酸中缬氨酸变为天冬氨酸。结果为小麦株高候选基因的筛选和QTL定位提供了优异的遗传位点和候选基因,未来可用于小麦抗倒伏相关的分子标记辅助育种。     

玉米株型相关性状的QTL定位与候选基因分析

以玉米自交系ZNC442和SCML0849为亲本构建的131份F2:3家系为材料,结合简化基因组测序(GBS)的基因型鉴定结果与该群体在多环境下的株型评价数据,利用完备区间作图法对株高、穗位高、叶夹角、穗上叶片数、雄穗分枝数、雄穗主轴长等株型相关性状进行QTL定位。结果表明,2个环境下共检测到98个株型相关QTL,分布于10条染色体上。结合已公开的QTL定位信息,利用生物信息学分析筛选出5个控制株型相关性状的候选基因。Zm00001eb037290、Zm00001eb033500、Zm00001eb033600、Zm00001eb033610与株高相关,其编码的PosF21转录因子、E3泛素蛋白连接酶ATL6、丝氨酸/精氨酸丰富剪接因子和MYB102转录因子,分别通过参与赤霉素的合成、调节C/N反应、调控细胞分裂素变化等过程调控节间生长发育与植株大小。     

大豆遗传图谱的构建和含油量的QTL分析

以大豆重组自交系soy01群体中的255个家系为作图群体,利用225个分子标记和2个形态标记构建了一张包含27个连锁群的大豆遗传连锁图谱,总遗传距离1315.46cM,平均标记间距5.79cM。在构建遗传图谱的基础上,采用复合区间作图法,检测到10个与含油量相关的QTL。这些QTL分别位于大豆遗传图谱的A2、C2、D1b、M和N连锁群,解释的遗传变异范围为4.0%～12.2%。这些QTL中,4个与soybase数据库中的QTL有可能是相同的位点,2个可能是新的位点,其余4个是否是新的位点还有待进一步验证。亲本中豆29和中豆32中均有增效基因分布,通过遗传重组可以提高大豆含油量。     

大豆苯丙氨酸代谢途径关键酶基因的挖掘定位及结构分析

利用大豆基因组物理图和遗传图的整合图谱,应用blast软件将基因序列与大豆基因组数据库进行比对,完成了9个大豆天冬氨酸代谢途径中关键酶基因的定位以及结构分析。结果表明:9个基因分别定位在大豆的13个连锁群D1a、B1、N、I、O、C1、C2、F、L、A2、J、D1b以及B2上,并获得了基因所在序列两侧标记。利用大豆的cDNA和gDNA序列信息,获得了9个基因的结构,外显子数目为5～12个,内含子数目为4～11个。     

大豆籽粒大小的遗传及SSR标记分析

采用主基因+多基因混合遗传分离分析方法，联合分析J280082（小粒品种）×海系13（大粒品种），巴马九月黄（小粒品种）×海系13（大粒品种）2个组合的P1、P2、F1和F2四个群体，研究大豆籽粒大小的遗传规律，进而应用t测验和方差分析法分析并筛选与籽粒大小紧密连锁的SSR分子标记。结果表明：2个组合的大豆籽粒大小遗传都符合E-1模型，即籽粒大小性状均受两对主基因控制，并且有多基因效应，主基因效应表现为加性-显性-上位性效应；2组合主基因遗传率都较大，分别为74.3%、42.6%，多基因遗传率较小，分别为5.1%、14.4%。在J280082×海系13中有17个标记与大豆籽粒大小性状相关，在巴马九月黄×海系13群体中有12个标记与大豆籽粒大小性状相关；其中satt070（B2连锁群）、satt546（D1b连锁群）、satt302（H连锁群）、satt337（K连锁群）、satt373（L连锁群）、satt237（N连锁群）在两个群体中都表现出与大豆籽粒大小相关；satt302、satt070在两个群体中都有着较高的对籽粒大小性状变异的解释率(>8％)，可用于对大豆籽粒大小性状分子标记辅助育种选择。     

大豆四向重组自交系群体遗传图谱的构建

以(垦丰14×垦丰15)×(黑农48×垦丰19)衍生的四向重组自交系群体的160个个体为试验材料,构建了一张含有154个SSR引物、包含20条连锁群的大豆遗传图谱,该图谱覆盖基因组长度为3 066.5 c M,标记间平均长度为16.31 c M。每个连锁群长度范围为32.0~335.6 c M,标记范围在4~15个,D2、L、D1b、C2、O连锁标记比较密集。     

大豆四向重组自交系群体生育进程稳定QTL定位

以垦丰14、垦丰15、垦丰19和黑农48为亲本,构建了含160个株系的四向重组自交系群体(four-way recombinant inbred lines,FW-RIL)为试验材料,通过构建分子遗传连锁图谱,对大豆四向重组自交系群体生育期各阶段进行QTL定位,旨在为大豆生育期性状的分子辅助育种提供理论基础和技术支撑,在分子水平探索与大豆生育期相关基因的遗传机理。通过区间作图法等分析方法,应用275个SSR分子标记对2013、2014与2015年在克山和哈尔滨3年3个环境下的生育期各阶段进行QTL定位,结果表明:大豆四向杂交群体的各生育期阶段易受到环境条件的影响,生育期相关性状在Fw-RIL群体中存在真实的遗传变异。76个与生育期各阶段相关的QTL分布在18个连锁群上,分别是A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1a、D1b、D2、F、G、H、J、K、L、M、N和O连锁群;17个与生育期各阶段相关的QTL能够在2个以上环境中被重复定位到,分别为qST-B2-1、qST-C1-1、qST-C2-1、qST-C2-2、qST-D1b-1、qST-D1b-2、qST-G-1、qST-H-1、qST-K-1、qST-K-2、qST-L-1、qST-L-2、qST-M-1、qST-M-2、qST-M-3、qST-N-1、qST-O-1。其中,新发现10个与生育期相关的QTLs,qST-C2-2,qST-D1b-1,qST-k1,qST-M2和qST-N1是高效QTL。     

大豆抗菌核病位点挖掘及一致性QTL分析

利用离体叶柄接种法和活体茎接种法对以感病大豆品种合丰25和抗病大豆品种Maple Arrow为亲本构建的128份后代群体进行鉴定,通过复合区间作图法结合表型鉴定数据定位到7个抗大豆菌核病相关的QTL位点。收集整理在B1连锁群上关于大豆抗病虫害的QTL位点,通过元分析构建大豆抗病虫害相关的一致性QTL图谱,并得到了2个一致的QTL,缩小了置信区间并发掘了21个候选基因,其中3个与抗病相关。本研究得到的QTL在B1连锁群上定位的QTL位点附近,这为抗大豆菌核病精细定位和基因克隆奠定了基础。     

大豆株高QTL定位研究

株高是大豆产量的一个影响因子,该性状的基因定位对于大豆育种具有重要的理论和应用价值.以绥农14×绥农20的F2代154个单株为材料,对各单株及亲本的株高性状进行调杳和SSR分析.构建一张包含65个SSR标记的遗传图谱,用QTL软件分析,在F2代共检测出2个与株高相关的QTL位点,命名为Plht-1和Plht-2位点,均分布在G连锁群.     

水稻株型相关基因的定位与克隆研究进展

水稻株型相关性状包括分蘖数、分蘖夹角、株高及穗部性状。株型相关性状都是重要的农艺性状,是水稻产量因素的重要组成部分。株型形成涉及到一系列基因的表达和表达产物行使功能,因此对这些基因的挖掘和功能分析具有重要意义。目前,虽尚未完全了解控制株型相关性状的基因及其功能,但也已取得了日新月异的进展。本文针对各个株型相关性状,综述了已鉴定的基因及其功能特点,以为分子育种运用及进一步遗传生理研究作理论基础。     

玉米耐旱相关候选基因dhn2的等位变异与表型性状的关联分析

以95份玉米核心自交系组成的关联作图群体为试验材料,进行耐旱相关候选基因dhn2(编码脱水素蛋白)的序列多样性和连锁不平衡结构分析,挖掘不同种质资源中的等位变异。在考虑群体结构影响的基础上,进行dhn2基因多样性与耐旱相关表型之间的关联分析。结果表明：该基因编码区序列多样性较高,但LD水平较低,并检测出7个多态性位点与表型性状显著关联。