基于BSA-seq的甜瓜抗枯萎病相关基因的定位与候选基因的注释

为挖掘甜瓜抗枯萎病相关基因,本研究以高抗枯萎病自交系YN为母本,高感枯萎病自交系CG为父本构建F₂群体,基于F₂群体分别构建极端高抗混池和高感混池,对子代混池和双亲池开展30×覆盖深度的全基因组重测序,通过计算2个子代池的SNP-index,比较SNP-index在高抗池与高感池染色体各区段的差异,定位与抗病性的关联区域,根据基因注释信息,预测候选基因。结果表明4个样本获得的SNP位点和InDel分别在91万～250万个之间和17万～45万个之间。基于SNP-index关联分析,在99%的置信区间内将候选区域定位到甜瓜染色体Chr.9的1个区间,总长度为1.37 Mb,位于1～1 370 000 bp区间,包含197个基因,SNP-inDel位点数7 442个。通过对候选区域内的基因进行KEGG、GO数据库分析发现,候选基因分别被注释到18个生物学进程、9个细胞组分和6个分子功能中;主要参与氨基酸生物合成、氨基酸代谢、酯类代谢、糖类代谢等,经分析在候选区域内与抗病性相关的基因共有22个,3个与F-box基因相关,3个水解蛋白相关基因,4个乙烯...     

大白菜叶柄黑点症抗性相关候选基因的挖掘

大白菜叶柄黑点症是严重影响大白菜商品性的一种生理性病害。本研究以抗大白菜叶柄黑点症品系(韩春娃C8-1)和感叶柄黑点症品系(韩春娃-4-2-3-4)为亲本,构建F2群体,通过高N水平水培处理,筛选出高抗叶柄黑点症和高感叶柄黑点症的植株各20株,构建两个极端性状混池DNA文库,通过BSA-Seq技术,对大白菜叶柄黑点症抗性相关候选基因进行挖掘。对于502 662个高质量的SNP位点和173 111个高质量的In Del位点,利用ED和Index方法对这些SNP和InDel位点分别进行关联分析,取所有结果的交集,得到1个包含295个编码基因,位于第1染色体的候选区域,与叶柄黑点数性状紧密关联;对这295个基因进行进一步的功能注释,NR、Swiss-Prot、GO、KEGG和COG数据库共注释到292个基因,其中存在133个非同义突变基因,30个移码突变的基因。候选区域内编码基因的深度注释有助于功能基因的进一步分离,为大白菜叶柄黑点症抗性相关基因的精细定位及克隆提供理论依据。     

利用SLAF-seq结合BSA方法发掘大豆种皮色相关基因

种皮色不仅是一个形态标记,还是一种重要的进化性状,与大豆商品性、营养价值以及抗性关系密切。本研究以黄色种皮大豆品系BMY及其褐色种皮衍生品系BMZ为亲本,从F2群体中分别挑选出黄色种皮和褐色种皮的植株各9株,构建了两个极端性状混合池DNA文库,借助SLAF-seq和BSA技术,挖掘大豆种皮色性状相关候选基因。对于26121个高质量SNP位点,利用SNP-index方法和ED方法进行综合分析,获得8个与目标性状紧密关联的候选区域,分别位于第5、11、12、19和20染色体,包含620个编码基因。对这620个基因进行进一步的功能注释,NR、Swiss-Prot、GO、KEGG和COG数据库分别注释到600、518、533、133和256个基因,其中存在非同义突变基因4个,分别为Glyma05g005600、Glyma05g009700、Glyma12g006100和Glyma12g047300。候选区域内编码基因的深度注释有助于功能基因的进一步分离,为大豆种皮色性状相关基因的精细定位及克隆提供理论依据。     

控制高粱分蘖与主茎株高一致性的基因定位

用分蘖与主茎株高一致的高粱品系K35-Y5与分蘖明显高于主茎的高粱恢复系1383杂交, F1自交获得F2分离群体,构建两混池,采用BSA (bulked segregation analysis)和SLAF (specific length amplified fragment sequencing)技术将高粱分蘖与主茎株高一致基因定位。遗传分析表明,分蘖与主茎株高一致性状由1对隐性核基因控制。参考已公布高粱基因组设计酶切方案,构建SLAF文库并测序。对高粱参考基因组序列进行电子酶切预测,确定限制性内切酶为Rsa I+Hae III,酶切片段长度为364～414 bp;测序Q30为91.70%, GC含量为45.79%,达到测序要求;与水稻的测序数据相比,高粱的双端比对效率为93.35%,酶切效率为90.60%, SLAF建库正常。共获得30.80 M reads,开发出133,246个SLAF标签,再通过分析SLAF标签的多态性,检测到319,428个SNP位点。利用SNP-index法和Euclideandistance法及取两者交集进行关联分析,最后得到一个关联区域,位于第9染色体上的54,788,026～56,740,873区间内,关联区域长度1.95 Mb。分析关联区域内的基因在2个亲本之间SNP,对这些SNP进行变异的注释,发现4个非同义突变的SNP。经验证,这4个SNP位点和分蘖与主茎株高一致性状相关。对应到Sobic.009G197901.1、Sobic.009G213300.1和Sobic.009G221200.1三个基因上,这些基因可能是与性状直接相关的功能基因。     

基于RNA-seq技术的玉米SNP和InDel标记分析

高温已对玉米(Zea mays L.)生产造成了巨大危害。为了给耐高温胁迫玉米品种选育提供可用的分子遗传标记,本研究以耐高温和高温敏感的两个玉米品种为实验材料,通过花粉总RNA提取、mRNA纯化、反转录、转录组文库构建及测序等工作,对获得的转录组数据进行SNP和InDel分子标记分析。结果显示:高质量碱基数据量平均为6.69 Gb,占原始数据比例平均达94.71%;在SNP分子标记中,Homo位点平均为19450个,Hete位点平均为23598个,转换类型共52337个,颠换类型共27868个;在InDel分子标记中,Homo位点平均为1023个,Hete位点平均为1736个;SNP/InDel位点在外显子区分布最多,达到总量的58.02%,其次是基因间隔区、3'非翻译区和5'非翻译区,其余区域位点占总量比例均低于5%;SNP/InDel造成同义单核苷酸突变比例最高,平均值为60.69%,其次为非同义单核苷酸突变,平均值为36.72%,非移码替换突变为平均值1.64%,其余3种均不到1.00%;在SNP和InDel标记位点基因功能注释中,NR数据库注释最多,超过8000个,其次为KEGG和eggNOG;注释到GO和Swissprot数据库的相对较少。本研究结果为进一步标记辅助耐高温玉米品种选育提供了分子基础,也为其它植物的类似研究提供了参考。     

基于转录组数据的三雌蕊小麦中SNP/InDel位点的挖掘

为了进一步定位Pis1基因,加快小麦的分子标记辅助育种工作,获得高质、高产、稳产的小麦品种。以川麦28(CM28)与其三雌蕊近等基因系CM28TP为研究材料,对CM28和CM28TP幼穗的3个阶段(幼穗长度为0.2～0.5 cm, 0.5～0.7 cm, 0.7～1.0 cm)进行转录组测序,然后通过GO数据库对变异位点所在的基因进行分类分析,并选取4个位于Pis1基因附近的SNP标记进行验证。结果表明,CM28TP和CM28幼穗3个阶段共有的SNP/InDel位点为5 310个,其中SNP位点5 024个,InDel位点286个。SNP位点中转换类型(63.33%)多于颠换类型(31.28%),两者的比值达到了2.02;InDel位点中插入类型(152个)多于缺失类型(134个);SNP/InDel位点在A基因组上分布最多、其次是B基因组、D基因组上最少。对SNP/InDel所在的基因进行GO分类注释表明,生物学进程中基因的占比最高,其次是细胞组分和分子功能。SNP/InDel位点对蛋白质功能的影响预测表明,有36个变异位点会严重影响蛋白质功能,中度影响蛋白质功能的位点有1 279个。从Pis1基因的定位区间附近筛选了4个SNP位点进行PCR扩增和测序验证,发现这4个位点与RNA-Seq分析结果一致,这表明挖掘出的SNP/InDel位点是准确的。本研究丰富了小麦中的SNP/InDel标记,为小麦高密度遗传图谱构建、基因定位和分子标记辅助选择育种奠定了基础,同时开发出的4个位于Pis1基因附近的SNP标记,为图位克隆该基因提供了可能。     

甘蓝型油菜白花基因InDel连锁标记开发

碱基插入/缺失(InDel)是基因组上广泛分布的遗传变异形式。但甘蓝型油菜白花基因InDel连锁标记还未见有关研究报道。本研究以甘蓝型油菜双单倍体(doubledhaploid,DH)纯系黄花Y05和甘蓝型油菜纯系白花W01杂交构建F2群体。在F2群体中选取30株极端纯白花和30株极端纯黄花构建叶片DNA子代池,对亲本和DNA子代池进行30×重测序。以法国甘蓝型油菜Darmor-bzh为参考序列, QTL-seq流程和PoPoolation2流程相互结合鉴定白花基因候选区间, 2种方法均将白花基因定位于法国甘蓝型油菜Darmor-bzh C03染色体52～54 Mb区间。利用IGV软件可视化白花基因候选区间插入缺失(InDel)变异位点,依据候选区间序列信息设计InDel引物,聚丙烯酰胺凝胶电泳筛选到8个与白花基因连锁共分离的InDel标记。上述研究为甘蓝型油菜白花基因精细定位和分子标记辅助选育以及白花基因功能标记开发奠定了研究基础和工作思路。     

向日葵抗旱自交系叶片转录组SNP位点信息挖掘

为探究响应向日葵干旱胁迫的转录组SNP标记信息,以向日葵抗旱自交系17062为供试材料,利用RNA-seq技术结合生物信息学分析方法,对SNP标记进行统计分析。结果表明,SNP类型分析中,转换率占62.82%,颠换率占37.17%,转换中以C/T发生频率最高,为31.51%。功能原件分布中,分布在外显子区的SNP数量为178744.3个,显著多于其他功能元件。对SNP位点序列注释发现,有76678条SNP基因具有GO注释,4379条具有KEGG注释。筛选GO注释排序前30位(Top30)差异基因(DEGs)中重复存在的SNP基因序列,得到1542条,其中650条基因序列有GO注释。这些差异基因涉及到了多个生物功能与重要代谢途径,对向日葵转录组SNP标记开发、向日葵抗旱种质资源鉴定及抗旱“三系”杂交种选育具有重要意义。     

甘蓝型油菜桔黄花色基因的QTL-seq遗传分析及InDel分子标记开发

本研究以甘蓝型油菜黄色花株系16G097和桔黄色花株系J为亲本,回交获得BC1F1世代花色分离群体。对该分离群体的花色差异单株,通过混池分离分析法(BSA)与全基因组重测序(QTL-seq)技术,对桔黄色花性状调控基因进行初步的遗传分析。结果表明,一个主要的候选区域位于甘蓝型油菜的C09染色体区域(C09:4.64~8.28 Mb)。根据该区域的插入/缺失(InDel)变异位点,开发InDel分子标记,经过筛选获得与桔黄色花性状连锁的共显性分子标记2个(BnaC0919, BnaC0934),这个结果也验证了桔黄花色调控基因的候选区域。这些研究结果有利于进一步分离桔黄花色调控基因的候选区段,并为甘蓝型油菜遗传学研究和分子育种提供有价值的资源。     

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...