小麦主胚根生长及主要性状全基因组关联分析

为解析小麦初生根系建成的遗传机制,本研究以黄淮麦区的198份小麦自然群体为材料,对在室内人工气候箱内水培21 d的小麦主胚根的一级分枝根数、分枝密度、长度、表面积、体积和平均直径6个性状进行调查分析,结合660K基因芯片用Q+K混合线性模型对主胚根性状进行全基因组关联分析,并对显著且稳定的关联位点进行功能注释和候选基因挖掘。结果表明,主胚根不同性状呈正态或近似正态分布,变异系数为5.56%～22.10%。通过全基因组关联分析,共检测到136个显著关联位点,这些位点分布在除7B以外的染色体上,可解释5.10%～13.60%的表型变异,同时检测到13个显著的多效位点,挖掘到TraesCS4A01G023100、TraesCS1B01G294400、TraesCS4A01G006200等16个可能与主胚根生长相关的候选基因,这些基因可能通过调控DNA拓扑结构异构酶、泛素结合酶E2、磷酸肌醇磷酸酶家族蛋白等参与小麦主胚根系的建成。本研究结果为小麦根系调控网络构建,以及优化根系构型和发挥根系功能提供了参考。     

普通小麦抗倒伏相关性状的全基因组关联分析

解析小麦抗倒伏遗传机制,发掘抗倒伏位点,选育抗倒伏品种,对于保障我国粮食生产安全具有重要意义.周8425B是我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抗倒伏特性.本研究对周8425B及其衍生品种等62份材料的8个抗倒伏相关性状进行评价,并结合50K SNP芯片数据进行全基因组关联分析(GWAS,...     

小麦耐低磷相关性状的全基因组关联分析

通过对小麦耐低磷相关性状进行全基因组关联分析(GWAS,genome-wide association study),挖掘与小麦耐低磷性显著相关的单核苷酸多态性标记(SNP,single nucleotide polymorphism)位点及候选基因,为小麦耐低磷性状的遗传基础和分子机制研究提供理论参考。本试验以198份黄淮麦区小麦品种(系)为试验材料,设置低磷和正常磷营养液水培试验,利用小麦35K芯片对分布于小麦全基因组的11896个SNP,采用Q+K关联模型对小麦耐低磷性相关性状进行关联分析。结果表明,小麦耐低磷性状表现出广泛的表型变异,变异系数为15.65%~26.59%,多态性信息含量(PIC,polymorphic information content)为0.095~0.500。群体结构分析表明,试验所用自然群体可分为2个亚群,GWAS共检测到67个与小麦耐低磷相关性状显著关联的SNP位点(P≤0.001),这些位点分布在除3A、3B和3D以外的18条染色体上,单个SNP位点可解释5.826%~9.552%的表型变异。在这些显著位点中有4个SNP位点同时关联到了2个不同的耐低磷性状。对67个SNP位点进行发掘,筛选到7个可能与小麦耐低磷性有关的候选基因。TraesCS6A02G001000和TraesCS6A02G001100在锌指合成中有重要作用;TraesCS6A02G118100可能为低磷胁迫诱导基因;TraesCS5D02G536400、TraesCS1B02G154200和TraesCS5D02G536500与低磷胁迫相关酶类基因家族有关;TraesCS1D02G231200与植物DUF 538结构域蛋白有关,是植物胁迫相关调控蛋白候选基因。     

小麦全基因组抗赤霉病QTL关联位点特异性SSR标记的筛选、等位变异及效应解析

赤霉病是小麦主要的流行病害之一。借助标记辅助选择将不同数量性状基因座（quantitative trait loci，QTL）聚合是防治赤霉病有效且环保的方法，可以从源头上控制赤霉病并降低籽粒中毒素含量。抗赤霉病QTL在小麦全基因组均有分布，但除了Fhb1、Fhb2等少数位点有比较可靠的鉴别标记，绝大部分位点缺乏有效的位点特异性鉴别标记。简单重复序列（simple sequence repeat，SSR）标记多态性丰富，可以区分自然群体中不同等位变异，方便用于标记辅助育种。基于此，搜集了不同文献中报道的与赤霉病关联的SSR标记386个，并用这些标记构建全基因组赤霉病抗性QTL一致性图谱，接着对这些关联标记进行拷贝数分析，进而选择位点内的单拷贝SSR标记，将这些单拷贝标记在156个品种组成的自然群体中进行扩增，并与三季大田和三季温室环境下赤霉病抗性进行关联，筛选与赤霉病抗性关联的单拷贝SSR标记，明确这些标记在自然群体中的有效等位变异和效应。结果表明，共8个单拷贝SSR标记至少在两季试验中与表型显著关联(P<0.05)，涉及2B、2D、3B、5A、5B、6A、6D、7A染色体，有5个单拷贝标记位点存在有效等位变异。中国地方品种和日本品种携带更多的有利变异，且有利等位变异数目越多的品种赤霉病抗性越好。研究分析的QTL位点及其关联的单拷贝SSR标记可用于赤霉病抗病育种，有利于提高品种赤霉病抗性水平和育种效率。     

小麦根部耐盐性状全基因组关联分析

为了解小麦耐盐相关性状的遗传机理,挖掘与小麦耐盐性显著相关的SNP位点及候选基因,本研究利用浓度200 mmol/L的NaCl溶液和正常营养液对全国300份小麦品种(系)进行耐盐性试验,并利用小麦90 K芯片对分布于小麦全基因组的16650个SNP,采用Q+K关联混合模型对小麦最长根长、根干重、根鲜重、根平均直径、根尖...     

绿色性状的基因定位和基因组选择的多变量方法

绿色性状的遗传改良为绿色超级稻的培育奠定了坚实的基础。绿色性状,如高产、抗病、抗逆、氮磷高效利用等,大多是受多基因控制的复杂性状。关联分析和基因组选择是对植物复杂数量性状进行遗传解析和改良的重要方法。在绿色超级稻的育种实践中,需要同时改良多个绿色性状。然而,目前关联分析和基因组选择方法大多仍专注于对单个性状的分析,忽略了性状间的相关性。现分别提出关联分析和基因组选择的多性状方法,两者充分利用了性状之间的遗传相关和环境相关信息;而模拟研究和实证研究均表明,多性状方法能有效提高基因定位和表型预测的准确性,为绿色性状的遗传改良提供重要技术支撑。     

茄子果实相关农艺性状全基因组关联分析研究进展与展望

茄子是重要的园艺作物,也是茄科植物中种植最广泛的蔬菜之一。茄子果实相关农艺性状是一种复杂的数量性状,传统育种选育效率低、周期长。高通量测序技术与生物信息学技术的快速发展,使得全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)在解析茄子果实相关复杂农艺性状的遗传规律方面展现出巨大的应用前景。本文对全基因组关联分析在茄子的果形、果色等果实相关农艺性状中的研究进展进行了综述;针对茄子数量性状遗传研究中普遍存在的“丢失遗传力”(missing heritability)问题,从4个GWAS策略在茄子果实相关农艺性状研究中的应用热点出发,提出了未来茄子GWAS的发展对策;并结合当前茄子遗传改良的实践需求,展望了GWAS策略在茄子分子育种领域的广阔应用前景。本文为今后利用GWAS解析各种茄子果实相关性状的遗传基础以及选育符合消费者需求的果实材料提供了理论依据和参考。     

玉米雌穗性状遗传分析与形成机制*

雌穗是玉米重要的生殖器官,雌穗发育决定成熟果穗大小及单穗粒重,进而直接影响玉米产量。雌穗性状主要包括穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗重、单穗粒重等,均为多基因控制的数量遗传性状,且其遗传结构各不相同。解析雌穗性状的遗传基础,优化雌穗结构,是玉米增产的重要途径。前人通过数量性状位点(quantitative trait locus mapping,QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法,已经鉴定出较多雌穗性状相关的遗传位点,但是目前已鉴定功能的基因较少,所建立的遗传位点一致性图谱并不完整,因此难以全面揭示雌穗性状遗传结构。通过综合前人雌穗性状遗传定位进展,现将已鉴定QTL位点和显著关联SNP整合至玉米B73参考基因组V4版本,并鉴定出雌穗性状定位热点区间,对深入解析雌穗性状遗传结构、指导雌穗性状基因克隆和理解雌穗发育分子机制均具有重要意义。     

家鸡全基因组测序研究进展

鸡具有独特的生物学特性。全基因组测序是即对一种生物的基因组中的全部基因进行测序,主要包括de novo测序和全基因组重测序。近年来,由于测序技术的飞速发展,鸡全基因组研究取得了很多重要的进展,为解释鸡的生物学特性和缩短分子育种周期发挥了重要作用。重点阐述了不同品种鸡全基因组de novo测序的完成、全基因组重测序技术在解析品种遗传多样性、揭示进化机制、质量性状遗传机制广泛应用,讨论了鸡全基因组测序工作存在的问题及其展望,旨在为家鸡种质资源的改良和分子育种提供重要的参考资料。     

小麦21条染色体RFLP作图位点遗传多样性分析

对来自世界11个国家的15个小麦品种(系)(Triticum aestivum L.AABBDD,2n = 42)472个RFLP位点的遗传多样性进行了检测,并进行了逐条染色体分析,结果发现:(ⅰ) 15个品种在各条染色体上的聚类各不相同.根据472个遗传位点遗传多样性数据,15个品种可聚类为4类,Synthetic,Hope, Timgalen各为一类,其余品种为一类,遗传距离远近恰与其所携带的小麦亲缘种染色体数目有关.(ⅱ)普通小麦遗传多样性非常贫乏,不同国家来源的品种相似系数高达0.8以上,多数品种间的大多数位点无遗传多样性,有53%的位点在供试的栽培品种中完全无多样性.(ⅲ)以四倍体小麦(AABB)和粗山羊草(DD)为亲本的品种(系)中,其对应的染色体上有较高的遗传多样性,其中有49.4%的等位变异在供试栽培种中没有发现,说明小麦的原始供体种是丰富现代栽培小麦遗传多样性的重要资源.(ⅳ) 根据遗传多样性位点及其作图位置, 可以检测到小麦栽培品种与其亲缘种杂交后代中亲缘种的染色体(片段).(ⅴ)在小麦的A,B,D3个基因组中, B基因组的遗传多样性最高,D基因组最差(尤以1D最甚),A基因组居中.(ⅵ)中国古老栽培品种中国春(CS)与国外栽培品种主要差异表现在染色体1B,3B和5A上,并发现了12个中国春的特异等位变异.认为现代栽培小麦遗传多样性狭窄是目前小麦育种难以取得突破的关键问题之一,并对如何丰富小麦的遗传多样性提出了建议.     

生物信息学分析方法I: 全基因组关联分析概述

全基因组关联分析(GWAS)是动植物复杂性状相关基因定位的常用手段。高通量基因分型技术的应用极大地推动了GWAS的发展。在植物中, 利用GWAS不仅能够以较高的分辨率在全基因组水平鉴定出各种自然群体特定性状相关的基因或区间, 而且可揭示表型变异的遗传架构全景图。目前, 人们利用GWAS分析方法已在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)和大豆(Glycine max)等模式植物和重要农作物品系中发掘出与各种性状显著相关的数量性状座位(QTL)及其候选基因位点, 阐明了这些性状的遗传基础, 并为揭示这些性状背后的分子机理提供候选基因, 也为作物高产优质品种的选育提供了理论依据。该文对GWAS的方法、影响因素及数据分析流程进行了详细描述, 以期为相关研究提供参考。     

SNaPshot技术检测滩羊双羔群体中与多胎性状相关SNP研究

对我国地方品种滩羊双羔群体进行SNP检测和多胎性状相关性研究,促进SNPs在双羔家系分子育种中的应用。从实验前期SNP筛选的基础上,利用候选基因飞行质谱法最终确定3种基因13个SNP位点作为候选位点,对滩羊双羔群体的多胎位点进行多态性检测,分析群体差异性,筛选多羔候选基因。关联分析表明:13个位点中有5个位点与多胎性能有关,3种遗传模型也被证实,但BMPR1B基因构建的单倍型却与多胎性能无关。本研究旨在为滩羊双羔分子标记本品种选种选配等分子辅助育种技术提供参考,保护与可持续利用地方家养动物稀有种质遗传资源,加快优质多胎肉羊的发展。     

花生重要农艺及产量性状的全基因组关联分析

通过关联分析法发掘与花生(Arachis hypogaea)产量性状显著关联、同时又在花生基因组上随机分布的SSR位点及优异等位变异,可了解产量相关基因区域的分布特点,有助于利用分子标记辅助选择方法选育高产花生新品种。选用64个SSR标记,采用MLM(Q+K)方法对166份花生资源进行全基因组关联分析。结果表明,通过聚类分析和结构划分,供试群体受其综合性状遗传特点和来源地域的影响可被划分成7个亚群,聚类结果与群体结构基本一致,同时群体特点与材料来源地的生态划分符合同类聚集的规律。通过对6个产量相关性状的3年数值的关联分析,分别发掘出SSR位点有20个、33个和26个,2年以上重复检出的SSR位点有13个(P0.05),各SSR位点的表型变异解释率范围为0.011–0.348 1,平均为0.067 3;共检出590个等位变异,平均每个标记位点12.29个,表型变异解释率值最高的是与单株果数呈显著关联的位点TC1A02(P0.001),含21个等位变异;与产量构成主要因子紧密关联的位点中,百果重的TC1A02-C470(+41.588 5)、TC1A02-C560(+40.926 1)和p PGPseq2E6-B473(+63.953 4),单株果数的TC1A02-C500(+7.374 4),单株饱果数的GM1843-E157(+4.316 6),可用于产量性状的分子辅助育种。     

鱼和熊掌的选择: 反向重复序列变异介导的玉米环境适应与产量平衡

作物育种的目标是找到产量和抗性的最佳平衡点, 其中涉及“鱼和熊掌”二者兼得的选择策略。哪些逆境负调控位点影响产量性状, 以及如何调控等是突破育种瓶颈的重要科学问题。近百年来, 高产玉米(Zea mays)育种使玉米单产不断提高, 同时现代玉米品种对干旱的敏感性也呈现出增强趋势, 故而存在高产稳产的潜在风险。可对于这一现象背后确切的遗传机制却知之甚少, 从而限制了既高产又高抗玉米新品种的培育。玉米的非生物胁迫抗性与产量性状均为多基因控制的复杂数量性状, 涉及全基因组范围内大量基因的表达与调控。玉米基因组内存在大量的小RNA (sRNA), 其对基因表达起精细调控作用, 但人们对sRNA调控作物环境胁迫应答与产量性状机制的理解仍然有限。近日, 华中农业大学代明球课题组与李林和李峰两个课题组合作, 基于对338份玉米关联群体在不同环境下的sRNA表达组分析, 鉴定到大量干旱应答的sRNA, 以及调控这些sRNA表达的遗传位点(eQTL); 并克隆了8号染色体上1个干旱特异性eQTL热点DRESH8。生物信息学分析显示, DRESH8是1个由转座子组成的长度约为21.4 kb的反向重复序列(TE-IR)。DRESH8通过产生小干扰RNA (siRNA)介导抗旱基因的转录后沉默, 并间接抑制产量负调控因子的表达, 在负调控干旱应答的同时正调控产量性状。进一步研究发现, DRESH8在玉米驯化和改良过程中受到了人工选择。据此, 他们认为DRESH8可能是玉米平衡抗旱性和产量的关键遗传位点。该研究在全基因组水平上揭示了作物调控产量和环境胁迫抗性平衡的关键遗传机制, 同时也鉴定到大量IR位点, 为未来“高抗、高产”玉米设计育种提供了有价值的操控靶点。     

蚕豆杂种F_2主要数量性状遗传力和遗传进度的初步研究

研究作物数量性状的遗传力和遗传进度可以提高育种效率。因为这些遗传参数能够为育种提供较准确的信息,使系统选育和杂交育种工作能较好地选配亲本和确定杂种的选择世代及进度。我国学者对这些遗传参数的研究,在水稻、小麦、油菜等作物方面报道较多,而在蚕豆上报道较少。黄文涛等曾对18个蚕豆生产品种性状间的相关性及其通径系数进行过研究。徐洪琦等曾研究过5个高产蚕豆品种产量因素遗传变异情况。     

短柄草与麦类作物的比较基因组学研究进展

麦类作物是人类主要的食物来源,其遗传改良对于保障世界粮食生产具有重要作用。获得麦类作物的基因组和功能基因组信息是作物遗传育种学家解析种质资源高产及抗逆机理,并准确选择目标性状、实现分子设计育种目标的有效途径。目前,二穗短柄草（Brachypodium distachyum）是早熟禾亚科中唯一完成全基因组测序的植物。以二穗短柄草为模式植物,利用比较基因组学方法获得早熟禾亚科中基因组庞大而复杂的麦类作物的相关信息,必将加速麦类作物的遗传改良进程。本文重点介绍近十年来短柄草在麦类作物比较基因组学方面的研究进展。     

陆地棉主要产量相关性状的SSR标记关联分析

高产优质育种是我国棉花育种的主要目标。寻找与目标性状关联的分子标记,可克服常规育种的盲目性,提高分子标记辅助选择育种的准确性。本研究对118份陆地棉种质资源的衣分、单铃重、单株铃数及子指等4个产量相关性状进行2年2点的表型鉴定,并利用覆盖全基因组的、有多态性的214对SSR标记进行标记与性状的关联分析。结果表明:118份材料的4个产量相关性状表型变异丰富,平均变异系数的变幅在6.1%~19.1%之间,且在各环境中表现较为稳定;基因型分析表明,214对标记共检测到460个等位变异,基因多样性指数平均为0.5151,PIC值平均为0.4587,表明该批标记具有较多的等位变异数和较高的基因多样性;群体结构分析表明该批材料可分为4个亚群,且各类群中材料与地理来源无对应关系;关联分析结果显示,在显著条件下(-log10P1.3,P0.05),共有39个标记位点能够在2个及2个以上的环境中同时检测到,其中有4个标记位点同时与2个以上性状相关联,进一步比较发现,有7个位点与前人研究结果一致,其余32个位点为新发现的位点。研究结果可为陆地棉产量性状遗传改良的分子标记辅助选择提供理论依据。     

小麦大面积种植品种与骨干亲本的遗传差异解析

为了解小麦大面积种植品种和育种骨干亲本的遗传差异特点,利用分布于小麦全基因组的428个SSR标记对4个大面积种植品种和4个骨干亲本进行了比较分析。结果表明,8个材料间的遗传距离变异范围为0.460~1.126,平均0.876,其中骨干亲本间的平均遗传距离(0.955)高于大面积种植品种(0.718)。骨干亲本中检测到的等位变异数较大面积种植品种高16.4%,前者的平均等位变异(2.90)也略高于后者(2.43)。从不同基因组和染色体来看,骨干亲本在A、B和D基因组上及19对染色体(除了2D和6D)的平均等位变异均高于大面积种植品种。以上分析表明骨干亲本的遗传异质性高于大面积种植品种。进一步比较二者的分子差异,发现骨干亲本中有518个特有等位变异(在大面积品种中没有出现),其中Xwmc513和Xbarc59为骨干亲本共有位点,大面积品种中也检测到315个特有等位变异,其中Xp3029、Xwmc235、Xgwm518、Xgdm43、Xbarc146和Xcfd80为共有位点。前人研究表明骨干亲本的一些染色体区段传递给了大面积种植品种,在它们的形成中发挥了重要作用。本研究发现的特异位点可能是遗传研究中除了骨干亲本重要位点之外的一些需要重点关注的基因组区域,进一步研究有助于解析一个品种是被大面积推广利用或成为骨干亲本的形成原因。     

部分耐盐小麦品种(系)SSR位点遗传多样性研究

选择有多态性的32对SSR引物对80个小麦耐盐品种(系)进行遗传差异研究,共检测出155个等位变异,平均每个位点上有4.75个等位变异;供试80份耐盐小麦品种(系)来源广泛,遗传基础丰富,表现出较高的遗传多样性,遗传相似系数范围在0.26～0.81;聚类分析结果显示,冬性小麦品种(系)聚为一大类;春性小麦品种(系)也聚为一大类;一些系谱相同或相近的品种(系)遗传相似系数较大;A、B、D基因组中SSR位点平均等位变异差异不大,以B基因组较高.     

京海黄鸡体重性状全基因组关联分析

体重性状是肉鸡重要的经济性状。为了寻找可用于京海黄鸡体重性状遗传改良的分子标记及候选基因,本文以400只京海黄鸡核心群母鸡为基础,测定了0~14周龄体重,利用简化基因组测序技术(Specific-locus amplified fragment sequencing, SLAF-seq)对京海黄鸡体重性状进行全基因组关联研究(Genome-wide association stndy, GWAS),筛选与京海黄鸡体重性状相关的SNPs位点。结果共检测到100个与京海黄鸡体重相关的SNPs位点,其中15个位点效应达到全基因组显著水平(P<1.87E-06),85个位点效应达到全基因组潜在显著水平(P<3.73E-05)。通过筛选每个显著SNP周围1 Mb区域内的基因,共找到9个可能的候选基因,其中FAM124A(Family with sequence similarity 124A)、QDPR(Quinoid dihydropteridine reductase)、WDR1(WD repeat domain 1)和SLC2A9(Solute carrier family 2 (facilitated glucose transporter), member 9) 4个基因可能是影响体重性状的重要候选基因。同时还发现,4号染色体75.6~80.7 Mb区域集中了大部分与京海黄鸡中后期体重性状显著相关的SNPs位点,该区域可能是影响京海黄鸡中后期生长体重的重要候选区域。