多环境下大豆子粒大小性状的全基因组关联分析

为探究多环境下大豆子粒大小性状的分子遗传基础,挖掘与子粒大小性状相关的SNP位点和候选基因,利用150份大豆种质资源在2019年和2020年6个环境条件下对大豆子粒粒长、粒宽、粒厚和百粒重性状进行表型测定,并进行全基因组关联分析。结果表明：在CMLM（压缩混合线性）模型下,在6个环境条件下检测到896个与子粒大小性状显著关联的SNP位点,分布于20条染色体。不同性状检测到72个重叠的SNP位点。检测到39个稳定遗传的SNP位点,贡献率为10.68%~24.93%。通过稳定性与重叠性分析,获得35个稳定表达的SNP位点,贡献率为10.92%~23.16%。在粒宽、粒厚及百粒重性状中同时检测到显著关联的SNP位点最多,位点rs16533609的贡献率最高（16.51%）。根据稳定表达的SNP筛选候选基因,推测Glyma.03G006600、Glyma.04G077100、Glyma.08G203600、Glyma.12G195400、Glyma.17G039800、Glyma.18G202100和Glyma.20G215700等7个基因对大豆子粒大小性状有调控作用。     

甘蓝型油菜千粒重全基因组关联分析

为指导千粒重遗传改良，挖掘甘蓝型油菜千粒重显著关联单核苷酸多态性（SNP）位点及相关候选基因，以300份甘蓝型油菜种质资源为材料，对千粒重进行一年两地表型考察，结合该群体前期开发的201 817个SNP标记，采用一般线性模型（GLM）和混合线性模型（MLM）进行全基因组关联分析，对性状显著关联SNP位点两侧100kb区域内相关候选基因进行功能预测。结果表明，300份甘蓝型油菜千粒重在两地均表现出广泛的表型变异，筛选出6份千粒重较高的油菜种质资源。基于GLM、MLM模型分别检测到24个和10个与油菜千粒重显著关联的SNP，其中有8个SNP在2个模型中均被检测到，位于第C02号染色体上Bn-C02-22853028的表型贡献率最大。6个位点附近找到HWS、DA1、DA2、CPL3、bZIP、CSPs、PTR2、ARF2、TRM61等9个拟南芥已报道粒重基因的同源基因。     

耐酸铝大豆品种资源的筛选与鉴定

对引进的139份主要来自湖南省的大豆种质资源,苗期采用简单钙溶液法和全营养液法,以主根相对伸长率为评价指标,分析大豆对铝毒的耐性表现。结果表明,大豆对铝毒的耐性存在基因型差异。首先通过简单钙培养法筛选得到耐酸铝材料12份,之后通过全营养法进行验证获得耐酸铝大豆种质资源8份,即沅陵矮子早<甲>、长沙夏黄豆、常德中和青豆、凤凰青皮豆<乙>、十月青豆、人潮溪黄豆1、中作04563、中作05675。进一步以垦丰15、桂春8号为对照品种,采用土培法对获得的8份大豆耐性材料进行盆栽鉴定,以单株粒重、百粒重、叶绿素含量和株高作为耐铝毒性的评价指标,分析大豆对铝毒耐性的综合表现。遴选出1份耐性较强的材料,即人潮溪黄豆1,可供大豆耐铝毒性遗传育种研究利用。     

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。     

大豆水溶性蛋白质的全基因组关联分析

为进一步解析中国大豆种质水溶性蛋白的遗传基础,为大豆高水溶性蛋白质的分子标记辅助选择育种及品质改良提供理论依据,本研究以224份大豆种质为试验材料,于2017和2018年对大豆水溶性蛋白质含量进行测定,利用1 514个高质量的SNP标记分别对2017、2018年水溶性蛋白质含量及两年均值进行全基因组关联分析,共检测到18个显著关联的SNP标记,这些SNP标记涉及16个位点,有8个位点至少被检测到2次,其余8个位点仅被检测到1次,表明其受环境因素影响较大。16个位点中有7个尚未见报道,分别位于8、11、13、14和15号染色体上,是新发现的控制大豆水溶性蛋白的位点。对表型变异解释率较高且稳定关联的2个位点qWSPC7和qWSPC8-1候选区间内的基因进行预测,共获得25个候选基因,其中有7个基因(Glyma.07g195000、Glyma.08g103100、Glyma.08g108900、Glyma.08g105100、Glyma.08g107800、Glyma.08g107700和Glyma.08G115800)在大豆籽粒、根或根瘤中具有较高的表达水平。这些基因可作为水溶性蛋白质的候选基因,可能具有调控大豆水溶性蛋白质的功能。     

玉米种子耐储性的全基因组关联分析及候选基因预测

以197份玉米自交系为试材,人工加速老化后进行标准发芽试验,检测种子耐储性相关表型性状,结合平均分布于玉米基因组的SNP标记进行关联分析,挖掘关联SNP位点和候选基因。结果表明,共检测出8个与相对发芽势（RGE）、相对发芽指数（RGI）、相对活力指数（RVI）和相对简易活力指数（RSVI）等性状呈显著关联的SNP位点（P<0.000 1）,分布于染色体bin1.08、bin3.08、bin4.03、bin4.05和bin6.05区域;PZE-104063000、PZE-104064763和PZE-106085414这3个SNP位点均与2个性状关联。预测到7个候选基因,分别与纤维素合成酶活性、翻译起始因子、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性、磷酸二酯酶活性、类囊体膜组分、脂肪酸生物合成酰基转运活性和微管有关组分等相关。     

大麦耐盐相关性状的全基因组关联分析

为挖掘控制大麦耐盐相关性状的重要位点及候选基因,以国内外不同遗传背景的164份大麦品种为材料,在大麦萌发期,用200 mmol·L^-1NaCl处理种子,测定大麦相对发芽率、生根数、根长、芽长、鲜重5个指标并分析其相关性。结果发现,200 mmol·L^-1NaCl处理显著影响了大麦的生长,5个被测指标的变异系数为20.29%~63.00%。除相对发芽率外,其他性状间均呈显著正相关,相关系数为0.41~0.68。通过全基因组关联分析,发现148个SNP位点与大麦耐盐性显著关联;筛选出5个可靠SNP位点,分别分布在1号、 2号、3号、6号、7号染色体上。通过比较大麦基因组,挖掘出26个可能与大麦耐盐性状密切相关的候选基因,包括HORVU7Hr1G097370和HORVU7Hr1G097390编码碱性亮氨酸拉链域转录因子家族蛋白、HORVU7Hr1G096920编码高亲和K⁺转运体、多个基因家族编码过氧化物酶超家族蛋白等。这些候选基因可为大麦耐盐品种选育提供参考。     

不同播期条件下大豆开花期性状的全基因组关联分析

开花期是决定大豆生态适应性和产量的重要性状,研究大豆开花期的遗传规律,解析大豆开花调控的分子基础,对大豆品种适应性改良具有重要意义。本研究选用来自北方、黄淮海和南方三大生态区的87份中国品种及31份美国大豆品种,在北京进行春、夏季分期播种,获得10个播期环境下的开花期数据,并利用Illumina BARCSoySNP6K iSelectBeadChip芯片对大豆品种进行SNP分型。通过群体结构分析、聚类分析和PCA分析,将供试大豆品种分为两个亚群。利用TASSEL软件PCA+K模型,结合5 126个SNP标记,对开花期进行全基因关联分析,得到18个显著关联位点,其中14个位点在2个以上的环境中稳定表达,4个位点只在单一环境中被检测到,表明其受光温环境影响较大。通过对显著关联位点进行预测,共发现31个候选基因,其中有2个（Glyma10g36600和Glyma19g37890）已在此前的研究中被证明与大豆开花有关,而Glyma03g33470、Glyma11g15650、Glyma05g01510和Glyma19g07162与拟南芥中相关的开花调控基因同源,推测这4个基因在大豆中也参与开花调控。11个尚未见报道的新位点分别位于3、4、5、9、10、14、16和17号染色体上,可能存在控制大豆开花期的新基因。     

玉米苗期抗旱性的全基因组关联分析

对80份吉林省玉米骨干自交系进行重测序及苗期抗旱性表型测定,利用1 490 007个高质量的SNP标记位点对玉米苗期抗旱性进行关联分析。结果表明,共筛选出2个与玉米苗期抗旱性显著关联的SNP位点,分别位于染色体框3.06和5.04位置。在显著SNP位点的连锁不平衡范围内挖掘出2个候选基因,预测其一与植物的生长发育及非生物胁迫相关,另一与脯氨酸合成相关。     

春小麦主要籽粒性状的全基因组关联分析

为挖掘控制春小麦主要籽粒性状的关联SNP及候选基因,以国外引进品种、新疆地方品种、新疆自育品种共298份春小麦品种为材料,利用小麦55K SNP芯片,对5个环境下小麦千粒重、粒长、粒宽3个主要籽粒性状进行基于Q+K混合线性模型(mixed linear model, MLM)的全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。结果表明,供试小麦品种的3个主要籽粒性状在5个环境下的变异系数为3.89%～19.77%,其中粒宽的变异幅度最小,千粒重的变异幅度最大。不同环境中,新疆育成品种的3个主要籽粒性状的平均值均最高,而新疆地方品种的3个籽粒性状的平均值均最低。GWAS结果表明,共检测到84个与小麦主要籽粒性状显著关联的稳定SNP位点,它们分布在小麦的21条染色体上,单个SNP位点可解释3.74%～11.18%的表型变异。在1B、2B、3B、4B、5A、5D染色体上检测到6个同时关联多个籽粒性状的稳定位点。对84个SNP位点进行候选基因筛选,筛选到6个可能与小麦主要籽粒性状相关的候选基因,可作为小麦籽粒研究的重要基因。     

大豆DELLA基因家族鉴定及分析

DELLA基因家族是调控植物与环境互作和植物发育的重要调控因子,可以促进微生物与植物共生关系建立过程中侵染线的形成,是参与赤霉素信号通路的负调控蛋白,在影响植物激素相关基因表达,调节植物与微生物共生固氮和生长发育方面具有重要的作用,但是在大豆中DELLA基因家族的结构特征还没有详细分析。本研究对大豆中DELLA基因家族的基因结构、定位信息、蛋白结构、保守基序分析、系统进化树、顺势作用元件、与拟南芥同源基因的共线性关系和基因表达模式进行了研究。结果发现,大豆基因组中共有7个DELLA基因家族成员,分布在7条不同的染色体上,这些基因都只有一个外显子,一个N端DELLA结构域,并且基序分布相似,证明其基因编码序列结构域高度保守。系统进化树分析表明DELLA家族有三个亚族,其启动子区域含有大量的顺式作用元件,这些元件参与植物激素反应、干旱诱导和光反应。大豆DELLA基因Glyma.11G216500、Glyma.18G040000、Glyma.08G095800和Glyma.05G140400与拟南芥中的AT1G14920、AT1G66350和AT2G01570呈共线性关系;其中Glyma.1...     

大豆三粒荚数相关QTL的分子标记开发与验证

本研究基于大豆三粒荚数相关QTL开发InDel标记,并利用自然群体和育种群体分别对InDel标记进行多态性的筛选和应用效果的验证,以期实现分子标记辅助选择,最后利用大豆三粒荚数相关QTL内的候选基因表达情况验证QTL的有效性。经过4个育种群体验证,引物INDEL_3-311497、INDEL_17-440117和INDEL_17-462053可用于加拿大蛋白豆与吉育4512杂交群体的验证,INDEL_13-240031可用于齐农7号与辛大粒杂交群体中的验证,INDEL_3-250092、IN-DEL_3-311497和INDEL_13-254396可用于东富豆8号与通试豆4杂交群体中的验证,INDEL_3-240669和INDEL_13-246066可用于吉育441与合丰55杂交群体中的验证。表达量分析结果表明,Glyma.03G029800和Glyma.17G062600两个候选基因促进大豆三粒荚形成及发育...     

铝胁迫下大豆根系有机酸积累的特性

为探讨铝胁迫对大豆根系有机酸累积的影响,以大豆品种粤春03-3为研究对象,通过水培方法进行不同时间的铝处理,分别测定大豆根系的相对生长率、以及距根尖0~2和2~4 cm根段的铝含量、苹果酸浓度、柠檬酸浓度和草酸浓度等。结果表明:铝处理明显抑制了大豆根系的生长。随着铝处理时间的延长,0~2 cm根段的铝含量明显降低,而2~4 cm根段的铝含量明显增加。另外,铝胁迫对不同根段的有机酸累积的影响也不同。铝处理6 h显著提高了大豆根系的苹果酸浓度,但对柠檬酸和草酸浓度均无明显影响。铝处理12 h后,0~2 cm根段中3种有机酸的浓度在铝处理和对照之间均无明显差异,但2~4 cm根段的苹果酸浓度和草酸浓度均明显高于对照。说明苹果酸和草酸在大豆根系铝毒的内部忍耐机制中起着重要作用。     

大豆苗期耐旱性与根系性状的鉴定和分析

2003年对63份大豆品种在盆栽自然干旱和盆栽水分控制两种条件下进行苗期耐旱性鉴定,两者鉴定结果间的关联分析表明两者呈极显著相关,两者间的鉴定分级结果比较一致,筛选出一批苗期耐旱型品种.综合分析2001～2003年的大豆苗期耐旱性鉴定结果,筛选出稳定耐旱型(1级)品种4份(晋豆14、汉中八月黄、科丰1号和因黑豆)和稳定干旱敏感型(5级)品种1份(宁海晚黄豆).苗期耐旱隶属函数值与根系性状间的相关分析表明,比根长、比根干重、比根表面积和比根体积等根系性状相对值与耐旱隶属函数值呈极显著相关,根总长、侧根总长、侧根数等根系性状绝对值与耐旱隶属函数值间的相关不显著,说明利用根系性状绝对值进行苗期耐旱性的评价较为牵强,而利用根系性状相对值进行耐旱品种的鉴定筛选比较可靠.     

涝渍胁迫对辣椒植株表型的影响

采用高于穴盘的中转箱作为容器模拟涝渍胁迫环境的方法,研究涝渍胁迫对4种类型20个辣椒品种的形态特征、生物量积累等表型可塑性及壮苗指标的影响。结果表明：涝渍胁迫严重抑制了辣椒根系和植株的纵向伸长生长,但是短期涝渍胁迫会促进同化产物向根系的相对积累。本研究通过对各个单项指标与耐涝性关系进行分析,结合观察结果,认为根系耐涝系数和壮苗指标耐涝系数可作为辣椒品种耐涝性的量化评价指标,但是辣椒的耐涝性是一个复杂的综合性状,用任何一个单项指标来评价都有片面性,需要结合各个性状指标进行综合评价。     

基于元分析的大豆含硫氨基酸相关基因挖掘与信息学分析

提高含硫氨基酸组分是大豆品质改良的重要目标之一。本文借助Consensus Map 4.0高密度大豆遗传图谱,整合了33个含硫氨基酸QTL,并采用元分析方法,确定了8个含硫氨基酸Meta-QTL。通过QTL序列共线性区间分析,在Meta-QTL内筛选到7条用于候选基因发掘的基因组序列。利用基因功能注释,得到16个含硫氨基酸相关基因,包括6个氨基酸合成途径酶基因、1个11S大豆球蛋白A5A4B3亚基基因及9个调控基因。其中调控基因分别编码F-Box、PPR及转录因子3种蛋白。13个基因在NCBI数据库中分别有表达谱及SNP信息。大豆含硫氨基酸候选基因分析,可以为功能标记的开发和分子辅助育种提供有用信息。     

大豆耐铝毒基因型筛选及筛选指标的研究

通过溶液培养试验,研究了来自华东、东北地区18个优质大豆品种(系)对铝毒的反应.通过比较不同基因型各性状的相对耐性值及其与综合评价系数的相关性分析,明确了相对根系干重、相对地上部干重、相对株高、相对叶面积等可作为大豆耐铝毒基因型筛选的重要指标.提出了基于各种性状平均意义上的综合评价系数,并根据已筛选的鉴定指标计算了耐铝毒综合系数.在此基础上筛选出4个具有较强耐铝毒能力的大豆基因型.     

Haplotype Diversity at Sub1 Locus and Allelic Distribution Among Rice Varieties of Tide and Flood Prone Areas of South-East Asia

Single nucleotide polymorphisms and restriction digestion-based haplotype variations among 160 flood prone rice varieties were analyzed with enzymes Alu I and Cac8 I to generate polymorphisms at Sub1A and Sub1C loci(conferring submergence tolerance), respectively. Haplotype associated with phenotype was used to study the haplotype variations at Sub1A and Sub1C loci and to determine their functional influence on submergence tolerance and stem elongation. Three patterns at Sub1A locus, Sub1A0(null allele), Sub1A1(does not cut) and Sub1A2(one SNP), and four patterns at Sub1C locus, Sub1C1, Sub1C2,Sub1C3 and Sub1C4, were generated. Both tolerant Sub1A1 and intolerant Sub1A2 had the same length, but the difference was presence of a restriction site in the Sub1A2, but absent at the Sub1A1. Further, two types of polymorphism were detected at the Sub1C, one included major length polymorphisms(165, 170 and 175 bp) and the other was a single restriction site at different position. Eight haplotypes(different combinations of the two loci), A1C1, A1C2, A1C4, A2C2, A2C4, A0C2, A0C3 and A0C4, were detected among 160 varieties. Haplotype A1C1 was comparatively more related to haplotypes A1C2 and A1C4, having the same Sub1A allele, and these haplotypes were found only in Bangladeshi, Sri Lankan and Indian varieties. Most tolerant varieties in A1C1 haplotype showed slow elongation, having tolerant specific Sub1A1 and Sub1C1 alleles. Further, the varieties Madabaru and Kottamali(A2C2) also showed moderate level of tolerance without Sub1A1 allele. These varieties were different with FR13 A and also suspected to carry different novel tolerant genes at other loci. These materials could be used for hybridization with Sub1varieties for pyramiding additional tolerant specific alleles into a single genotype for improving submergence tolerance in rice.