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。     

干旱胁迫下小麦苗期根系性状的全基因组关联分析

研究小麦根系在干旱逆境下的形态特征和遗传机制是提升小麦抗旱能力并获得稳产的基础。本研究以300份国内外小麦品种（系）为材料,苗期采用PEG-6000模拟干旱胁迫对小麦根系的最长根长、根总长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根干重等8个性状进行表型鉴定,结合90K SNP芯片对8个性状的抗旱系数进行全基因组关联分析,并对稳定遗传的显著关联位点进行候选基因的挖掘。研究结果表明,干旱胁迫下小麦品种（系）的根系性状表现出丰富的表型变异,变异系数为0.17～0.58,全基因组多态信息量变异范围为0.01～0.38,LD衰减距离为7 Mb。群体结构分析表明,供试材料分为3个亚群。GWAS分析显示,共检测到与8个根系性状显著关联的41个SNP位点,单个遗传位点可解释3.91%～8.04%的表型变异。同时在两个及两个以上的性状中发现显著关联位点13个,其中Tdurum＿contig71499＿211(5A)、GENE-1743＿858(3B)、Tdurum＿contig28552＿211(5B)3个位点与4～5个性状显著关联,分别能解释遗传变异的4.12%～5.37%、5.77%～6.7...     

普通小麦根系建成相关性状的全基因组关联分析

根系建成(RSA,Root system architecture)决定根系系统的构成,在作物生长发育过程中起着不可替代的作用。解析小麦根系建成遗传机制、选育具有较好根系建成的品种对于小麦高产、抗逆育种具有十分重要的意义。全基因组关联分析(GWAS)是解析小麦复杂数量遗传性状遗传机制的有效方法。本研究基于全基因组关联分析方法,发掘根系建成相关性状关联位点,以期为小麦根系建成分子育种提供参考。对160份来自于河南和山东等地的小麦品种根系建成相关性状(总根长、总根表面积、总根体积、平均根直径和根尖数)进行统计评价,并结合660K SNP芯片数据进行全基因组关联分析。检测到23个关联位点,分布于1A、2A、2B、3B、4A、5A、5B、5D、6A、6B和7B染色体上,解释7.2%～12.8%的表型变异。其中,11个位点与已报道的位点一致,其他12个位点为新的位点。本研究对于解析根系建成遗传机制,选育高产、抗逆小麦品种具有重要意义。     

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...     

玉米穗部性状及其一般配合力的关联分析

穗部性状是影响玉米产量的重要性状,一般配合力是评价玉米自交系利用价值的重要指标。为解析穗部性状及其一般配合力的遗传基础,本研究对248份玉米自交系组成的自然群体和以其中100份自交系为母本按照NCⅡ遗传交配设计与4个测验种(Mo17、昌7-2、E28和郑58)组配的400份F1杂交组合的穗部性状进行研究,并利用分布于全基因组的83057个SNP标记进行穗部性状及其一般配合力的关联分析。结果表明,穗长、穗粗2个穗部性状基因型间、环境间差异达极显著水平,其广义遗传率分别为81.22%和87.70%。母本间、父本间及不同杂交组合间穗长、穗粗差异均达极显著水平,在基因型方差中特殊配合力贡献率较大。利用2年2点4个环境下的数据分别进行关联分析,检测到34个性状SNP关联,利用BLUP值检测到7个性状SNP关联。这些性状SNP关联可解释的表型变异为0.01%～19.42%,其中有5个性状SNP关联的表型贡献率大于10%,未检测到穗部性状本身与一般配合力性状的相同SNP位点。基于该群体的LD衰减距离在显著关联SNP位点上下游各120 kb范围内进行候选基因搜索,共发现158个候选基因,推测可能的候选基因涉及泛素代谢相关基因(GRMZM2G360374、GRMZM2G049568、GRMZM2G178120),β半乳糖苷酶(GRMZM2G178106),丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(GRMZM2G127050),赖氨酸和组氨酸特异性转运体(GRMZM2G116004)。研究结果为解析玉米穗长和穗粗及其一般配合力的遗传基础和分子辅助选择育种提供了参考。     

水旱处理下小麦叶绿素相对含量全基因组关联分析

叶绿素相对含量的高低决定了光合作用效率的强弱.为探究影响小麦叶绿素相对含量的遗传机理,挖掘与小麦叶绿素相对含量显著相关的SNP位点以及候选基因,本研究对119份冬小麦品种(系)开花期和灌浆期水旱处理下的叶绿素相对含量进行了测定,结合50K芯片,采用Q+K模型对水旱2种处理下小麦叶绿素相对含量进行全基因组关联分析.研究结...     

玉米雄穗性状遗传结构与形成分子机制*

玉米为雌雄同株异花植物,其雄穗着生于植株顶部,雌穗腋生。雄穗一方面需产生足量花粉以保证雌穗授粉结实,另一方面由于对下部叶片的遮蔽作用和自身营养需求,其生长发育会同时影响叶片光合作用效率和能量分配,因此优化雄穗结构是提高玉米产量的重要措施之一。玉米雄穗性状包括雄穗分枝数、雄穗分枝长度、雄穗主轴长度、雄穗分枝总长度、雄穗分枝角度等,均为多基因控制的数量性状。自20世纪90年代,研究者开始利用数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)定位方法解析玉米雄穗性状遗传结构;随着玉米自交系B73等参考基因组释放,以及DNA微阵列、基因组重测序等高通量基因分型技术的日益成熟,全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)成为数量性状遗传研究的主流方法,目前已鉴定出大量玉米雄穗性状遗传位点。通过总结雄穗性状遗传定位研究结果,构建一致性图谱并挖掘定位热点区间,有助于进一步了解雄穗性状遗传结构特征及指导雄穗性状候选基因克隆。此外,通过对调控雄穗发育的已知基因进行功能分类,可为解析玉米雄穗发育的遗传网络和调控通路提供理论支撑。     

甘蓝型油菜每角果粒数全基因组关联分析

为挖掘甘蓝型油菜每角果粒数显著关联单核苷酸多态性（SNP）位点及相关候选基因。本研究以300份甘蓝型油菜自交系为试验材料,对甘蓝油菜每角果粒数进行一年两地表型考察,并结合该群体前期开发的201 817个SNPs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（GWAS）,此外,对性状显著关联SNP位点两侧100 kb区域内相关候选基因进行功能预测。300份甘蓝型油菜每角果粒数在两地均表现出广泛的表型变异,筛选出2份每角果粒数较多的油菜种质资源。基于GLM模型检测到39个与油菜每角果粒数显著关联SNPs,采用MLM分析发现,两地共检测到的3个每角果粒数显著关联SNPs位点均在GLM检测到。8个位点附近找到CIK,ERF022和EDE1等19个拟南芥已报道角果籽粒发育相关的同源基因。研究结果有助于解析甘蓝型油菜每角果粒数的遗传基础,为研究每角果粒数的调控机制、指导每角果粒数的遗传改良奠定基础。     

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。     

甘蓝型油菜籽粒着生密度及其相关性状全基因组关联分析

油菜角果内籽粒着生密度影响每果粒数,对油菜产量有直接或间接影响。本研究以不同遗传背景和地理来源的213份甘蓝型油菜品种(系)构成的自然群体为研究对象,利用芸薹属60 K Illumina Infinium SNP芯片进行群体结构、亲缘关系以及连锁不平衡分析;然后基于最优模型对籽粒着生密度及其相关性状进行全基因组关联(GWAS)分析。通过GWAS分析,共检测到10个SNP位点与籽粒着生密度及其相关性状关联。其中与籽粒着生密度关联的标记有2个,表型贡献率分别为9.49%和11.17%;与角果有效长关联的标记有6个,单个位点可解释9.81%~12.17%的表型变异;与每果粒数相关联的标记有2个,分别解释10.44%和10.87%的表型变异。通过分析关联SNP位点的LD区间的基因信息,筛选出16个与籽粒着生密度及其相关性状有关的候选基因,其中KMD4和UGT76C2基因与细胞分裂素的调控有关;AGL104和ADC2基因参与种子的形成过程;MCCB、NGA2和MATE等基因参与侧生器官的生长发育过程,它们的异常表达会导致一些侧生器官的变异。ADC2和UGT76C2两个候选基因可能对籽粒着生密度和每果粒数一因多效性。     

丙酸通路基因多态性与猪肉质及胴体性状的关联分析

为了挖掘新的猪肉品质及胴体性状的候选基因,揭示猪肉质及胴体性状的遗传机制,文章将丙酸代谢通路作为候选通路,将通路内基因与猪肉质及胴体性状进行关联分析。实验采用37头三元杂交商品猪作为研究对象,首次针对丙酸通路中7个基因的36个SNP位点利用SNaPshot方法进行基因分型,分别用最小二乘模型及MB-MDR模型与肉质及胴体性状进行关联分析。结果发现,基因PCCB、MUT、MCEE及ACSS2上的4个SNP位点分别与肌内脂肪含量、背膘厚等性状显著相关(P<0.05),ACSS2与猪脂肪含量显著相关;MCEE及MUT与猪的背膘厚显著相关;PCCB基因与脂重显著相关。通过MB-MDR方法检测到多个SNP位点具有互作效应,并与背膘厚、水分含量、脂肪含量显著相关(P<0.05)。另外,丙酸代谢通路中的基因间的互作效应对猪肉品质有显著影响。     

小麦矮秆突变体jm22d响应赤霉素处理的转录组学分析

为拓宽小麦矮秆遗传资源,利用γ射线辐照济麦22获得了一个赤霉素不敏感型矮秆突变体jm22d。株高相关性状调查结果及茎秆细胞学试验显示,jm22d株高为53±1.8 cm,比野生型（WT）低约20 cm。jm22d整株茎秆共有4节,比WT少一节且各节间长度显著小于WT。与WT相比,jm22d茎秆细胞长度缩短。赤霉素含量测定发现,jm22d叶片中赤霉素含量高于WT,而茎秆中赤霉素含量低于WT（P<0.01）,因此,jm22d株高降低与赤霉素转运途径出现异常有关。为了深入研究jm22d对赤霉素的响应机理,对jm22d和WT幼苗进行赤霉素处理,分别收取处理0（D0）、1（D1）和3 d（D3）的样品进行转录组学分析。结果表明,与WT相比,在jm22d中共筛选到696个上调和1 067个下调的表达基因,其中62个和349个基因在3个时间点分别表现为上调和下调表达。叶绿素含量测定表明,jm22d中叶绿素含量随赤霉素处理时间的延长而降低,聚类分析结果表明,差异表达基因主要富集在光合作用-天线蛋白（photosynthesis-antenna proteins,ko00196）、卟啉和叶绿素代谢（porphyrin and chlorophyll metabolism,ko00860）、亚油酸新陈代谢（linoleic acid metabolism,ko00591）等通路,因此赤霉素处理对jm22d体内叶绿素含量的积累具有抑制作用。通过KEGG分析在植物激素信号转导途径中挖掘到5个差异表达基因（TraesCS2B01G582300、TraesCS2B01G600800、TraesCS2B01G556600、TraesCS2B01G630000和TraesCS6B01G439600）参与生长素、细胞分裂素等激素代谢途径,这些基因在jm22d中显著下调,这可能是jm22d矮化的重要原因。研究结果为矮秆突变体矮化机制的解析提供了重要参考。     

Vps28基因敲除小鼠模型的构建及其对泌乳和免疫性状影响的研究

尽管基于QTL定位和关联分析研究挖掘了许多奶牛产奶性状候选功能基因,然而仅有少数几个基因经过体内外的功能验证.本课题组前期全基因组关联分析(GWAS)研究结果表明Vps28基因与奶牛产奶性状表型显著相关,并在奶牛乳腺组织中特异性高表达.为了深入了解该基因对泌乳性状的作用和功能,本研究利用CRISPR/Cas9技术构建了...     

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。     

水稻糯性相关基因的全基因组关联分析

利用1 090 071个SNP标记, 对419份广西地方稻种资源核心种质的糯性进行全基因组关联分析。结果表明, 运用混合线性模型, 在P<4.72×10^-8 (4.72E-8)水平下, 检测到45个与糯性显著关联的SNP位点, 均位于第6号染色体上。通过筛选显著关联位点上、下游各150 kb区域内的基因, 共找到305个候选基因, 其中包含2个与淀粉合成酶相关的Wx和SSIIa基因; 同时在第6号染色体5.69-5.89 Mb区域发现4个与糯性显著关联的SNP位点, 该区域可能是影响水稻(Oryza sativa)糯性的重要候选区域。     

黑白花牛INHA基因多态性与超数排卵性状关系

为了研究黑白花牛抑制素α基因(INHA)的遗传多样性和超数排卵效果的关联分析,找到一种能够作为黑白花牛超数排卵预测的候选基因,本试验以50头黑白花牛为实验材料,对其进行了超排处理并且采集了黑白花牛的血液样本提取基因组。采用PCR-SSCP技术,在INHA基因的第一外显子和第二外显子各设计了一对引物进行基因型检测,然后与超排性状进行关联分析。结果表明:黑白花牛INHA基因的177 bp处(+1为转录起始位点)存在一个A>G突变的多态性位点,AA和AG基因型的频率分别为0.62和0.38。与超排性状关联分析,结果显示AG基因型黑白花牛的排卵数和鲜胚数均显著多于AA基因型(p<0.05),这说明黑白花牛个体的超排性状可能与其本身的INHA基因的遗传特性有关。     

基于极端混合池（BSA）全基因组重测序的羽衣甘蓝白色叶基因定位

筛选羽衣甘蓝白色叶形成相关的关键基因和位点以及心叶颜色性状的遗传规律，以羽衣甘蓝红叶亲本WR、白叶亲本WB及其构建的F2分离群体为试验材料，从F2群体中挑选红叶和白叶植株各20株，分别构建2个DNA混合池，对子代混合池和亲本分别开展50×和20×覆盖深度的全基因组重测序，定位白叶性状关联区间，并根据基因注释信息预测候选基因。结果表明，重测序获得3 987 718个单核酸多态性（SNP）标记，获得位于第2、3和9染色体的8个显著关联区间，根据基因注释和功能分析，筛选到8个候选基因（Bol030253、Bol029431、Bol012077、Bol007709、Bol030318、Bol030235、Bol030286和Bol005195）。将8个基因确定为羽衣甘蓝白叶的候选基因，可能在羽衣甘蓝叶片颜色形成过程中起着重要作用。     

普通小麦小穗粒数性状全基因组关联分析

为发掘小麦小穗粒数相关基因位点,以384个重要小麦品种（系）组成的自然群体为材料,利用3个环境获得的表型和55K SNP芯片分型数据进行全基因组关联分析。结果发现,142个SNP和小穗粒数显著关联,解释的表型变异范围为3.27%～6.09%。有8个SNP在2或3个环境下与小穗粒数显著关联,其中AX-109986855、AX-109875224和AX-109843323位于2D染色体523.12～526.25 Mb区段,AX-111054388和AX-110671159在2B染色体上物理距离仅0.62 Mb。这8个SNP位点中,每个SNP的2个等位变异在3个环境的小穗粒数均达到显著水平（P<0.01）,例如,2D染色体上AX-109843323位点G/G等位变异在3个环境的平均小穗粒数分别比C/C等位变异增加0.32、0.37和0.39粒。8个SNP位点的优异等位变异在供试材料的分布比例为5.20%～76.80%,其中7个优异等位变异的分布频率低于45.00%。进一步分析小穗粒数优异等位变异对穗粒数的影响,发现8个SNP位点具有优异等位变异的材料穗粒数（48.45～53.61粒）明...     

利用eQTL构建基因-基因网络挖掘类风湿性关节炎风险基因*

摘要目的：类风湿性关节炎是一种全身的慢性炎症型疾病，可能影响许多组织和器官，主要发作于灵活的关节。全世界人群中大 约有1%会患有类风湿性关节炎。目前已经证实了一些基因与类风湿性关节炎相关，但是这些基因只能解释一小部分遗传风险， 因此我们需要新的策略和方法来解决这个问题。方法：表达数量性状位点（eQTL）是指能够调控基因或蛋白质表达的基因组位点， 本文采用了eQTL数据构建基因- 基因网络并挖掘候选类风湿性关节炎风险基因。结果：首先，利用eQTL 数据,基于基因之间的 共调控系数，建立基因- 基因网络，我们建立了5 个不同阈值(0、0.2、0.4、0.6和0.8)的基因-基因网络；然后，在OMIM 和GAD数 据库中搜索已经证实的与类风湿性关节炎相关的186 个基因；最后我们将已证实与类风湿性关节炎相关的186 个基因分别投入 到这5 个网络中，利用基因与基因之间的相关性来挖掘到一些可能与类风湿性关节炎相关的候选风险基因。结论：本文基于 eQTL构建了基因-基因网络，结合已知类风湿性关节炎风险基因，挖掘未知风险基因，得到了较好的结果，证明了本方法的有效 性，且对于类风湿性关节炎的发病机制研究具有重要价值。除了类风湿性关节炎外，本方法还可推广到其它复杂疾病中，因此本 方法对人类复杂疾病的研究具有很强的学术理论价值和应用价值。     

三角帆蚌GPX基因结构特征及抗性相关SNP的筛选

根据三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GPX)基因cDNA序列,通过PCR和基因组步移法,从三角帆蚌基因组DNA中扩增出GPX基因全长及其5′调控区。序列分析表明,该基因序列全长6 708 bp,含有2个外显子,1个内含子。5′调控区为992 bp,含有启动子的核心序列TATA盒以及其他一些转录调控元件,如AP1、C/EBP、CdxA。2个外显子长度分别为273 bp和991 bp,内含子长度为4 491 bp。通过直接测序法在三角帆蚌抗性群体和易感群体中筛选GPX基因的SNPs,并研究这些多态性位点与抗逆性状的相关性。共获得了16个SNP位点,其中启动子区的A-99G位点、A-86C位点、A-49C位点,内含子区的A2841T位点、C2847T位点、G3146C位点、A3150G位点以及G4645T位点共8个SNP位点的基因型频率和等位基因频率在抗性和易感群体中均存在显著性差异(P<0.05)。连锁不平衡分析结果显示GPX基因A-86C位点、A-49C位点、C2847T位点、A3150G位点与G4645T位点之间,以及A2841T位点与G3146C位点之间均存在强连锁不平衡。同时单倍型分析发现,在抗性群体中单倍型分别为ACTGT和TG的个体出现的频率显著高于易感群体中出现的频率。这些结果表明,GPX基因的部分SNPs可作为三角帆蚌抗病辅助育种的候选分子标记。