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...     

大豆百粒重相关基因的全基因组发掘分析

百粒重是大豆重要的产量性状之一,利用正向和反向遗传学方法鉴定与籽粒大小/粒重相关的基因具有重要的理论和实践意义。利用拟南芥和水稻等模式植物中已明确功能的调控籽粒大小/粒重的基因,基于序列相似和结构域相同的原则,在大豆全基因组内筛选到175个同源基因,通过基因表达谱分析发现有22个基因在大豆种子中特异性表达。利用56份大豆种质资源重测序数据查找这些基因内的SNP位点,共得到2769个SNP位点,从中筛选得到在野生大豆和栽培大豆中分化明显的SNP位点121个。通过扩增测序对其中的16个导致非同义变异的SNP位点进行验证,发现有5个SNP位点在野生大豆中为一种变异,而在栽培大豆中为另一种变异。利用2368份大豆种质资源的重测序数据获得了其中的4个SNP位点的变异数据,结合其中1695份材料的百粒重表型分析,发现每个SNP位点对应的野生和突变基因型材料的百粒重表型间都存在极显著差异,并且每个SNP位点中野生基因型材料的百粒重大部分≥12g,突变基因型材料的百粒重大部分＜12g,因此上述4个SNP位点所在的基因（Glyma.05G019800、Glyma.07G022800、Glyma.13G259700和Glyma.13G261700）可能与大豆籽粒大小/粒重的调控有关。获得了与大豆百粒重相关的4个候选基因,为大豆百粒重QTL的精细定位和功能标记的开发以及调控大豆籽粒大小/粒重的基因的功能研究提供了参考。     

栽培大豆和野生大豆的Glyma13g21630基因多样性分析

利用Sanger方法对49份野生大豆,46份地方品种和38份选育品种的Glyma13g21630基因测序,采用DNAStar、Mega、DNAsp和Tassel软件分析Glyma13g21630的单核苷酸多态性(SNP)位点在不同类型大豆群体的分布规律。结果表明,在133份供试种质中检测到多态性位点29个,包括22个SNP和7个InDel,多态性频率分别为1SNP/138 bp和1InDel/434 bp。Glyma13g21630基因序列中多态性位点的分布不均匀,其中内含子3和5为变异富集区,其他区域变异较小。单倍型分析表明,Glyma13g21630在野生大豆和栽培大豆中的多态性位点数目逐渐减少,分布范围也越来越窄;连锁不平衡分析表明,野生大豆的7个高频SNP位点中有42.86%处于极显著的连锁不平衡状态;Ka/Ks>1,说明野生大豆在向栽培大豆的进化中,某些位点受到正向选择,多态性显著降低。Glyma13g21630基因在大豆由野生向栽培驯化的过程中因正向选择作用而固定了有益变异,表现出瓶颈效应。     

玉米叶夹角的全基因组关联分析

为了阐述玉米叶夹角的遗传基础并定位相关的数量性状位点,利用289份常用玉米自交系为试验材料,在自然条件下测量玉米穗上叶夹角,对其进行性状分析,结果表明,各个环境的穗上叶夹角数据呈正态分布,并且各个环境间的数据呈极显著正相关。同时采用MaizeSNP50基因芯片进行基因分型,利用R平台下的farmCPU对叶夹角进行全基因组关联分析。在4个环境中共检测到42个与玉米叶夹角显著关联(P0.000 01)的SNP,其中1,5,8号染色体在4个环境下都检测到与穗上叶夹角紧密关联的SNP标记。对筛选出的所有标记综合分析,共鉴定出15个与玉米叶夹角相关的SNP标记位点,分布在Bin1.02、Bin1.03、Bin1.06、Bin1.11、Bin2.05、Bin3.04、Bin5.03、Bin5.04、Bin8.03、Bin8.04、Bin10.07处。采用全基因组关联分析的方法发掘叶夹角基因位点及候选基因,对揭示玉米叶夹角的遗传机理,加速玉米育种进程具有重要的意义。     

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。     

不同光周期条件下谷子株高的全基因组关联分析

为揭示控制株高的遗传机理,为开展理想株型标记辅助选择育种奠定基础,在海南、洛阳、吉林3个不同种植区光周期条件下调查了98份谷子材料的株高,并对98份谷子材料进行基因组重测序,开展单核苷酸多态性(SNP)位点标记与株高的全基因组关联分析。结果表明:不同光周期条件下谷子株高的变异在58. 5～169. 3 cm,广义遗传力为0. 501,且随着日照时间的延长,谷子株高呈递增的趋势。基因组重测序获得了4 482 208个高质量的SNP位点,主成分分析将98份谷子材料分为3个亚群,连锁不平衡(LD)分析发现谷子基因组LD衰减距离为47. 5 kb。全基因组关联分析获得10 703个与株高关联的SNP位点(P 0. 000 1),这些位点多在海南种植区短日照条件下检测到,且集中于1号染色体上,只有1号染色体上3个关联SNP位点(SNP13861443、SNP14872616、SNP18601830)能在海南、洛阳2个种植区光周期条件下稳定检测到,说明谷子1号染色体存在海南、洛阳种植区短日照和中日照条件下控制株高的数量性状位点(QTL)。在关联SNP位点候选区域发现3个候选基因,推定为成蛋白的基因(LOC101783280)在外显子区检测到一个SNP位点(SNP14876527),推测该基因可能为控制谷子株高的主要候选基因。     

利用动态转录组学挖掘大豆百粒重候选基因

百粒重是影响大豆产量的重要农艺性状,揭示其分子基础发掘关键候选基因对大豆改良具有重要意义。本研究通过对12个大豆品种籽粒发育3个时期共36个样本的转录组数据进行加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA),得到20个基因共表达模块,与百粒重及4个粒形性状关联后发现green模块与表型最为相关,之后根据Gene Significance (GS)值和Eigengene Connectivity(kME)值筛选出13个green模块内的核心基因(hub gene);然后对2组百粒重存在极显著差异的大豆品种的籽粒发育3个时期分别进行基因差异表达分析发现大豆在籽粒发育前中期可能通过MAPK信号通路调节百粒重大小;之后对其进行SNPs/InDels挖掘并根据GeneOntology(GO)注释发现green模块内的Glyma.14G043900和Glyma.15G217400由于SNP变异造成同义以及非同义突变,且存在调控基因表达相关的GO Terms以及锌指结构域,表明它们可能通过调控hub基因和差异表达基因调...     

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...     

大豆中2个编码 PR10蛋白新基因的克隆与分析

从抗大豆花叶病毒病（ SMV）大豆材料科丰1号中克隆到2个编码PR10蛋白的新基因Glyma09g05430和Glyma15g15509，Glyma09g04530和Glyma15g15590基因的ORF全长均为477 bp，编码158个氨基酸。序列比对与系统发生树分析结果表明：Glyma09g04530和Glyma15g15590是大豆中2个编码PR10蛋白的新基因。 Glyma09g04530和Glyma15g15590基因在大豆的根、茎及叶中均有表达；接种大豆SMV后，Glyma09g04530和Glyma15g15590基因在大豆科丰1号的叶片中的表达均被强烈诱导并高效表达，显示Glyma09g04530和Glyma15g15590基因与大豆SMV抗性密切相关。     

导读

李博等报道了对"玉米穗位高全基因组关联分析及其候选基因预测"结果:利用41101个SNP标记对159份我国玉米自交系进行全基因组分析,检测到7个与穗位高显著相关SNP,并确定7个候选基因。将     

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。     

外源抗草甘膦EPSPs基因在大豆基因组中的整合与定位

通过基因特异引物扩增和免疫层析试纸法分别对转基因大豆中外源EPSPs基因和其编码的蛋白进行检测,结果表明,EPSPs基因不仅已整合到大豆基因组中,而且EPSPs蛋白可以正常表达。利用染色体步移法获得了转基因大豆插入位点的侧翼序列,序列比对表明35S上游的大豆DNA序列起始于Gm02:7912740,NOS下游的大豆DNA序列起始于Gm02:7777705。在本研究检测序列范围内发现插入位点两侧不同位置有3个不同的未知片段、2个大豆基因组序列倒位,同时发现2个大豆基因组片段丢失。外源基因不是以点插入方式整合,而是导致大豆基因组约135kb片段的移位;NOS下游大豆基因组序列发生重排,导致一个编码HEC1和HEATrepeat两个功能域的基因(Glyma02g09790)结构受到影响,首次发现该基因在ABA和PEG处理时下调表达,推测该基因通过ABA信号通路参与胁迫应答。本研究通过对抗除草剂EPSPs基因在大豆基因组中的插入位点分析,明确了外源EPSPs基因在大豆基因组中的整合、定位及其侧翼序列,为转基因大豆安全评价提供了依据。     

玉米抗倒伏相关性状QTL的关联和连锁分析

倒伏是影响玉米高产和机械化收获的重要因素,明确玉米抗倒伏相关性状的遗传基础,增强玉米品种抗倒伏能力,可为玉米高产宜机收育种提供理论依据。本研究以国内外收集的153份自交系为材料,利用6H90K SNP芯片检测的70,438个高质量SNP标记对地上第3节茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数进行全基因组关联分析,分别检测到与茎秆强度、株高、穗位高和穗位系数相关位点5个、14个、16个和21个,单个关联位点最大效应值为13.24。同时以KA105/KB020的F₅群体为试验材料,采用QTL IciMapping V4.2软件的完备区间作图法进行QTL定位,检测到21个与抗倒伏相关的QTL,可解释表型变异3.86%～16.58%。结合关联分析和连锁分析结果发现, 2个QTL区间与关联分析的候选区间重合。经过候选区段的基因功能注释和文献查阅,挖掘到GRMZM2G105391、GRMZM2G014119和GRMZM2G341410等与细胞壁生物合成、细胞分裂和细胞伸长的相关基因可供进一步分析。本研究结果为进一步解析玉米抗倒伏性状的遗传基础提供参考。     

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...     

大豆根茎过渡区弯曲突变体Mrstz的鉴定与基因定位

植物根茎过渡区(root-stemtransitionzone,RSTZ)将根和茎相互连接,其发育形态决定了大豆的地上部株型和抗倒伏潜力。本研究通过EMS诱变获得一个RSTZ弯曲或旋转的大豆突变体M_rstz,其形态特征能够稳定遗传,是探究大豆茎秆发育规律的特异材料。将该突变体和栽培大豆中黄13杂交构建重组自交系群体,对群体中直立和弯曲型后代的RSTZ进行解剖结构比较,发现弯曲型株系比直立型株系的维管形成层较宽、次生木质部细胞层数较多、细胞形状不规则,表明维管组织分化可能是导致RSTZ形态发生差异的重要因素之一。进一步对化学组分测定发现,木质素和粗纤维含量越高越不易弯曲。选取RIL群体中弯曲型和直立型2种极端株系进行BSA-Seq,采用SNP-index和InDel-index关联分析方法鉴定到调控RSTZ形态的关联区域Chr19:43030943～45849854,该区间共含有319个基因。结合生物信息学分析、基因注释信息和表达丰度分析筛选到7个候选基因,分别为Glyma.19G170200、Glyma.19G201500、Glyma.19G187800、Glym...     

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。     

大豆生物量与产量组分间的相关及关联分析

生物量与后期的籽粒产量存在紧密联系,是决定作物经济产量的主要因素之一。本研究利用自然群体中的1142 SNP在2年环境下通过全基因组关联分析检测大豆基因组中与生物量及产量组分显著关联的SNP。结果表明:(1)生物量、百粒重和单株籽粒产量在自然群体中存在广泛的表型及遗传变异,并存在极显著的正相关,其中生物量与单株籽粒产量之间的相关略高于与百粒重;(2)两年环境下共检测到41、56和29个SNP分别与生物量、百粒重和单株籽粒产量显著关联,其中仅有6、19和1个SNP在2个环境中都被检测到;(3)共检测到15个SNP同时控制2个或2个以上性状,其中位于第19染色体上的BARC-029051-06057位点被检测到同时与生物量、百粒重和单株籽粒产量3个性状显著关联,表明有共同的遗传基础,同时也解释了性状间相关的遗传原因;(4)鉴定到的多个SNP与先前我们对叶绿素荧光参数及多个环境下产量相关性状的定位结果共位。这些显著关联SNP位点的鉴定,有助于理解生物量及产量相关性状的遗传机制,从而促进利用分子标记辅助选择聚合有利基因,实现未来大豆高产育种计划。     

大豆响应耐涝的MAPK信号通路相关基因及蛋白的鉴定分析

大豆是一种耐涝性较差的作物,涝害会引起大豆产量下降,甚至绝产,而大豆耐涝的遗传机制尚不明确。本研究通过转录组和蛋白组的关联分析,筛选出3个大豆响应耐涝的MAPK信号通路相关的差异表达基因/蛋白,转录组数据分析结果显示,Glyma.05G124000在4个时间点的表达量变化最为明显,对其进行RT-qPCR分析,验证了转录组数据的可靠性。进而对Glyma.05G124000的理化性质和保守结构域进行分析,发现组成该蛋白的氨基酸中亮氨酸(Leu)所占的比例最高,该蛋白内部含有多个LRR保守结构域,蛋白的三级结构展示了LRR保守结构域中所有Leu的位置。本研究筛选到的3个基因都参与编码FLS2蛋白,信号肽预测结果发现Glyma.05G124000含有信号肽,根据MAPK信号通路图,我们推测涝害胁迫引发了植物类似于病原菌侵染的基本防御反应,传递信号通过FLS2蛋白进一步激活了MAPK信号通路来抵御涝害胁迫。本研究为探索大豆的耐涝机制,提高涝害条件下大豆的产量提供了理论基础和基因资源。     

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。