全基因组关联分析在大豆中的研究进展

全基因组关联分析(GWAS)是目前发现复杂农艺性状相关遗传基础最有力和最有效的研究方法。随着遗传学的发展,基因分型、统计学方法等许多关键性技术的进步,以连锁不平衡为基础的全基因组关联分析应运而生。近年来GWAS在大豆复杂性状研究和作物育种中得到了广泛的应用。本研究在简要介绍GWAS的原理、流程的基础上,总结其在大豆重要农艺性状研究中取得的最新进展,最后讨论GWAS存在的问题和未来发展趋势,以期为进一步利用GWAS进行大豆遗传育种研究提供理论依据。     

基于MLM混合线性模型的大豆全基因组关联分析可行性研究

为研究MLM混合线性模型在大豆全基因组关联分析中应用的可行性,以便精确寻找影响表型性状差异的主要基因标记位点范围,帮助检测分析个体在全基因组水平范围内遗传变异的多态性,采用混合线性模型,引入固定效应和随机效应来分解和计算基因组与多性状之间的相关性,对大豆全基因组数据与对应的表型性状进行关联分析。根据模型计算结果得出P值并展示有效基因位点图,不同性状与对应有效基因标记关联性显著突出。通过设定的模拟有效基因位点检验混合线性模型关联分析的遗传评估力,结果高出一般线形模型的效率,验证该方法在大豆全基因组关联分析上具有可行性,可为其它物种进行关联分析研究提供借鉴。     

玉米抗旱性功能基因研究进展

介绍了干旱及其对玉米的影响,概述了玉米抗旱性功能基因克隆方法和技术的研究进展,包括全基因组关联分析、候选基因关联分析、转录组研究及蛋白质组研究等研究方法及进展。展望了玉米基因功能研究的发展前景。     

温热带玉米株高的全基因组关联分析

以365份遗传背景丰富的玉米自交系为材料,采用自主研发的55K芯片,在海南三亚、河南新乡和北京顺义3个环境下对玉米自交系株高进行全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)。结果表明,株高在3个环境下变异非常丰富,有从低纬度到高纬度逐渐增加的趋势,株高在基因型、环境、基因型与环境互作方面均达极显著差异水平。全基因组关联分析表明,不同环境下均检测到与株高显著关联的位点,在第1、3、5、6、7、8号染色体上均发现了显著关联的SNP。新乡和顺义环境下,在bin5.05区段发现了显著关联的SNP;三亚和顺义环境下,在bin6.05区段发现了显著关联的SNP。对关联分析显著的SNP位点比对到B73参考基因组上,在maizeGDB网站上得到22个最可能的候选基因,为探索玉米株高遗传机制提供参考。     

玉米株高和穗位高的全基因组关联分析

以580份遗传多样性丰富的玉米自交系为关联群体,利用分布于全基因组的31 826个单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms,SNPs)分别对株高和穗位高性状3年表型值及BLUE(Best Linear Unbiased Estimate)值进行全基因组关联分析。结果表明,4个环境下共检测到58个显著性SNPs,共定位的SNPs有6个,其中3个与株高显著关联,4个与穗位高显著关联。在共定位显著标记440 kb范围内,共检测到76个关联基因,其中66个有基因描述,53个基因在GO(Gene Ontology)富集分析中得到分类,可归类到20类生物过程、10类分子功能以及8类细胞组成。综合基因功能注释和GO富集分析结果,预测了7个可能与株高和穗位高性状有关的候选基因。     

结合PCA和GWAS解析甘蓝型油菜株型相关性状的遗传调控位点

作物株型改良是提高收获指数和产量的重要途径,为了解其复杂的遗传调控机制,以373份甘蓝型油菜组成的自然群体为基础,对4个株型相关性状(株高、第一分枝高度、有效分枝数和主花序长度)进行多环境下表型鉴定,组合利用全基因组关联分析(GWAS)和主成分分析(PCA)方法对株型的遗传调控进行解析.研究表明,PCA可以合理地解释株...     

玉米关联分析与品种分子设计

基于连锁不平衡的关联分析已在玉米基因组学研究领域取得了显著进展。随着玉米自交系B73全基因组序列的测定、玉米单体型图的绘制、高密度分子标记的开发及控制玉米重要性状基因的克隆,玉米分子育种与品种分子设计工作将会得到快速发展。介绍了玉米基因组概况、玉米关联分析研究现状、玉米分子育种与品种分子设计的研究进展与发展态势。     

陆地棉自然群体纤维强度性状的全基因组关联分析

纤维强度是衡量棉花纤维品质的重要指标之一。了解棉纤维强度形成的遗传基础对棉花纤维品质的遗传改良具有重要的指导意义。本研究利用83份纤维强度差异显著的陆地棉材料，采用广义线性模型（General linear model, GLM），对5个环境的纤维强度及最佳线性无偏估计值（Best linear unbiased prediction，BLUP）进行全基因组关联分析（Genome-wide association study，GWAS）。结果表明，各环境纤维强度基本符合正态分布，且存在丰富的变异，变异系数为5.55%～8.44%，广义遗传力达到88.67%。GWAS共检测到19个稳定的显著关联SNP位点，分布在A01、A06、D05、D08、D10、D11和D13等7条染色体上，合并为9个数量性状位点（Quantitative trait locus， QTL）区间，其中4个QTL区间与前人定位的QTL区间重叠，其它5个QTL区间是本研究新发现的控制纤维强度性状的稳定位点。根据区间内基因的表达模式及功能注释，共筛选出4个可能与纤维强度相关的候选基因。本研究通过对棉花纤维强度进行全基因组关联分析，为棉花纤维品质性状的分子遗传改良奠定了基础。     

黄淮麦区部分小麦品种(系)重要产量性状全基因组关联分析

为挖掘与小麦产量性状的相关等位变异及给分子标记辅助育种提供参考,选取SSR与SNP标记对52个黄淮麦区品种(系)材料进行全基因组扫描,对株高、穗长、单株穗数、可育小穗数、穗粒数、千粒重等6个重要产量性状进行标记,并进行遗传多样性、群体遗传结构与全基因组关联定位等分析。结果表明,供试群体可被划分为4个亚群,5种环境间所测产量性状差异均达到0.05显著水平,且穗长和单株穂数的变异系数最大。利用Powermarker进行标记遗传多样性分析,共检测到899个等位变异,平均等位变异丰富度为3.625,遗传多样性指数平均值为0.586,多态性信息含量(PIC)平均值为0.510。利用Tassel的MLM(Q+K)模型关联得到与产量显著关联的分子标记共13个(6个SSRs和7个SNPs),这些与产量相关性状的优异等位变异可为发掘和利用小麦育种优良基因提供依据,并为今后的遗传育种工作提供参考。     

油料作物品质相关性状全基因组关联分析研究进展

油料作物是人们日常生活中必不可少的食用油及营养来源之一。随着人们对食用油品质要求的提高，品质性状成为近年来油料作物品种选育的重要育种目标之一。品质性状是一种复杂的数量性状，所以传统育种选育效率低，周期长。然而，基于连锁不平衡原理的全基因组关联分析为挖掘多基因控制的数量性状候选基因提供了新的途径。目前由于其定位精度高、广度大、周期短等优点已经在许多作物上得到了应用。本文对全基因组关联分析在揭示大豆、油菜、花生、芝麻、胡麻、向日葵等几种重要油料作物的含油率、脂肪酸、蛋白质含量等品质相关性状中的研究进行了总结，并对目前研究存在的不足进行了剖析，最后对未来发展趋势进行了展望，旨在为今后利用GWAS解析各种油料作物品质相关性状的遗传基础及选育高品质油料作物材料提供理论依据和参考。     

优质强筋小麦新品种郑品优9号的遗传基础解析

为明确优质强筋小麦新品种郑品优9号的分子遗传基础及重要性状功能基因组成,利用小麦50 K SNP育种芯片对郑品优9号及其双亲郑麦366和豫麦34进行分析。结果表明,郑麦366和豫麦34对郑品优9号的遗传贡献率分别为68.26%和31.74%;在不同基因组和染色体水平,双亲对郑品优9号的遗传贡献率差异较大,郑麦366对郑品优9号A、B、D三个基因组的贡献率分别为68.60%、90.98%和27.63%,其中,郑麦366在B基因组染色体上的遗传贡献率均高于豫麦34,除1B染色体外,2B~7B染色体上的遗传贡献率均超过80%。重要性状功能基因组成分析发现,郑品优9号不仅聚合了多个优良品质基因,还携带有与抗病性和农艺性状相关的优异基因。本研究可为郑品优9号在遗传改良和生产中的应用提供理论依据。     

植物基因组CNV研究进展及其对麦类作物相关研究的启示

拷贝数变异(Copy number variation,CNV)是作物基因组中广泛存在的一种遗传变异,与作物的适应性、抗逆性等许多重要农艺性状相关。本文主要就CNV的发生机制、研究方法,尤其是植物中CNV与表型、CNV与植物适应性进化、CNV与重要农艺性状的关联分析等方面的研究进展进行了概述,并就植物CNV的研究对麦类作物相关研究的启示进行了深入剖析,以期为我国麦类作物开展CNV相关研究提供参考信息。     

基于F_1家系关联群体的野生大豆优异基因挖掘方法研究

为了研究F_1家系关联群体在野生大豆优异基因挖掘中的效果,以大豆Hap Map数据为基础,以大豆食心虫抗性为例,分别考虑不同遗传模型、基因数目、群体大小及遗传力大小,模拟自交系群体基因型及表型,并采用顶交的方式模拟生成F_1家系关联群体,模拟其表型,在基因型与表型模拟的基础上,采用全基因组关联分析的方法比较二者的检测效力。经比较,F_1家系关联群体在4种遗传模型条件下的平均检出数目分别为3.82,3.82,3.80和3.78,均显著高于自交系群体的平均检出数目(2.08,2.09,2.08和1.87)。分别在一定的群体大小、目标基因数目及遗传力大小下,比较自交系群体和F_1家系关联群体的检测效力,结果表明,二者均随群体大小增大、基因数目的减少及遗传力的增大而提升,且在相同条件下,F_1家系关联群体的检测效力高于自交系群体。通过顶交的方式构建F_1家系关联群体,可有效降低不良基因干扰,因此可大幅提高检测效力,从而使F_1家系关联群体检测效果优于野生大豆资源群体。     

周8425B衍生品种耐旱相关性状的遗传解析

解析小麦耐旱遗传机制,发掘耐旱基因,选育耐旱品种,是减少干旱对中国粮食生产安全威胁最为经济、高效的方式。周8425B是中国黄淮麦区重要的小麦骨干亲本,农艺性状优良,其衍生品种具有较好的耐旱特性。本研究基于68份来自于河南、山东等地的周8425B衍生品种,利用50K SNP芯片对耐旱相关性状进行全基因组关联分析（genome-wide association analysis,GWAS）。结果表明,共检测到252个显著关联的SNP标记,分布于37个位点上,可解释7.9%~21.5%的表型变异。其中,16个位点与已报道的位点位置部分重叠或一致,其余21个为新的位点。周麦16、矮抗58、郑农21、淮麦28、周麦21、郑麦379、浏虎98和偃展4110共8份品种具有较好的耐旱性,且含有较多的优异等位基因,可应用于下一步遗传育种中。本研究对解析小麦耐旱遗传机制,选育耐旱品种具有参考价值。     

大豆籽粒皂苷含量的全基因组关联分析

为解析大豆皂苷含量的遗传基础,本研究以包含264份大豆种质的自然群体为研究对象,利用高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography, HPLC)检测3种大豆皂苷Aa(Soyasaponin Aa)、Ab(Soyasaponin Ab)和Bb(Soyasaponin Bb)的含量,再结合高密度大豆基因型数据进行全基因组关联分析。分析2020和2021年表型数据,结果显示大豆干籽粒中大豆皂苷Ab的平均含量最高,分别为0.311和0.740 mg·g^-1,大豆皂苷Aa和Bb的平均含量次之。相关性分析表明大豆皂苷Aa和大豆皂苷Ab显著负相关,大豆皂苷Ab与大豆皂苷Bb显著的正相关。全基因组关联分析发现,两年检测到的与大豆皂苷Aa和大豆皂苷Ab显著关联的SNP位点大多集中在7号染色体上,为主效QTL位点,并挖掘了调控大豆皂苷含量的4个候选基因;大豆皂苷Bb两年无共定位SNP位点,且显著关联的SNP较少,为4个。     

油棕QTL定位的研究进展

QTL定位是以遗传连锁图谱为基础，利用分子标记与QTL之间的连锁关系来确定控制数量性状的基因在基因组中的位置。油棕的产量性状、品质性状和发育性状等重要的农艺性状都是数量性状，利用QTL定位是对数量性状进行分析的重要方法之一，它有利于加快油棕育种进程。综述油棕重要农艺性状的QTL定位研究进展，阐述存在的问题并对未来的研究方向提出建议。     

黑龙江省大豆推广品种农艺和品质性状优异等位变异的发掘

发掘推广品种的农艺和品质性状优异等位变异和载体材料可为培育优质大豆品种提供遗传信息和育种资源。本研究以200份黑龙江省近年大豆推广品种为试验材料,利用187对SSR标记进行全基因组扫描,分析群体结构,采用TASSEL软件的GLM方法对标记与3个农艺性状、蛋白质含量及油分含量进行关联分析。结果表明：10 个SSR标记与百粒重关联,其中表型效应值最大的优异等位变异为Sat-149-192,载体材料为东农57;8个SSR标记 与株高关联,表型效应值最大的等位变异是Satt413-206,载体材料为赤豆1号;13个SSR标记与生育期关联,表型 效应值最大的等位变异是Satt631-180,载体材料为黑农61;5个SSR标记与油分含量关联,表型效应值最大的等位 变异是Satt234-138,载体材料为合丰55;9个SSR标记与蛋白质含量关联,表型效应值最大的等位变异是Satt632- 293,其载体材料为东农43。上述等位变异的信息为培育提供了亲本选配和后代等位条带辅助选择的依据。     

黑龙江省大豆推广品种农艺品质性状优异等位变异发掘

发掘推广品种的农艺和品质性状优异等位变异和载体材料可为培育优质大豆品种提供遗传信息和育种资源。本研究以200份黑龙江省近年大豆推广品种为试验材料,利用187对SSR标记进行全基因组扫描,分析群体结构,采用TASSEL软件的GLM方法对标记与3个农艺性状、蛋白质含量及油分含量进行关联分析。结果表明:10个SSR标记与百粒重关联,其中表型效应值最大的优异等位变异为Sat-149-192,载体材料为东农57;8个SSR标记与株高关联,表型效应值最大的等位变异是Satt413-206,载体材料为赤豆1号;13个SSR标记与生育期关联,表型效应值最大的等位变异是Satt631-180,载体材料为黑农61;5个SSR标记与油分含量关联,表型效应值最大的等位变异是Satt234-138,载体材料为合丰55;9个SSR标记与蛋白质含量关联,表型效应值最大的等位变异是Satt632-293,其载体材料为东农43。上述等位变异的信息为培育提供了亲本选配和后代等位条带辅助选择的依据。     

定向选择对大豆ms1轮回群体遗传基础的影响

在分析ms1轮回群体遗传多样性和群体内材料分组关系的基础上,探讨了定向选择对群体遗传基础的影响。从ms1轮回群体中随机抽取216份材料为原始群体,利用38个均匀分布于大豆全基因组的SSR标记,检测原始群体等位变异数目和遗传多样性指数。并分别根据成熟期、株高和百粒重对群体定向选择形成6个不同类型的定向选择群体,比较选择前后群体遗传多样性变化。结果表明:在原始群体中,共检测出216个等位变异,平均每个位点等位变异数5.68,平均多样性指数PIC为0.71。对原始群体进行熟期、株高和百粒重定向选择后,各定向选择群体平均每个位点等位变异数介于4.89~5.13,平均多样性指数PIC介于0.67~0.71。定向选择群体中有16个位点的等位变异频率发生了变化。对大豆ms1轮回群体定向改良,目标性状及相关农艺性状的表现值及群体分布频率随之发生改变,对群体遗传结构和遗传多样性指数的影响显著小于对目标性状及相关农艺性状的影响。     

栽培种花生ddGBS测序中酶切组合的选择

花生全基因组水平生物信息的挖掘是研究花生种质遗传资源的前提。基于已公布的两个栽培种花生的祖先二倍体(Arachis duranensis和A.ipaensis)的全基因组序列,根据双酶切GBS(Double digest Genotyping-by Sequencing,ddGBS)测序特点,通过SacⅠ和Mse Ⅰ、PstⅠ和Msp Ⅰ、EcoR Ⅰ和NIaⅢ的电子酶切结果,统计和对比三组酶切片段的均匀度和覆盖度,筛选得到ddGBS测序片段所需的最佳酶切组合EcoR Ⅰ和NIaⅢ,并进一步揭示了其酶切片段在染色体水平及全基因组水平的分布情况,确保该酶切组合在后续基因组信息挖掘中的可行性,为全基因组层水平上遗传资源的揭示奠定基础。