功能基因组与绿色超级稻培育的研究进展

水稻是主要的粮食作物,也是功能基因组研究的模式植物之一。水稻功能基因组研究取得的成果为绿色超级稻的培育奠定坚实的基础。特别是分离克隆的一大批控制水稻高产、优质、抗病虫、抗逆和营养高效等重要农艺性状的基因以及建立的全基因组选择技术等,为绿色超级稻培育提供了基因资源和技术平台。简要介绍了水稻功能基因组研究和绿色超级稻培育的近期进展。     

水稻种质资源及其在功能基因组中的应用

水稻种质资源群体分为自然种质资源和遗传资源两类,是作物遗传改良和功能基因组学研究的基础材料。现简要介绍利用水稻种质资源群体开展全基因组关联分析定位数量性状位点、剖析基因变异与功能多样性、发掘与利用有利基因、分析基因组多样性及驯化选择区域等方面的研究进展及其展望。     

奶牛重要经济性状全基因组关联分析研究进展

产奶性状是奶牛最重要的生产性状,随着平衡育种理念的提出和发展,繁殖性状、体型性状、健康性状和长寿性等功能性状也逐渐被重视并纳入育种规划中。鉴定产奶性状和功能性状主效基因或遗传标记并将之应用于奶牛标记辅助选择可望加快遗传进展。随着高密度SNP标记的高通量检测技术的发展,全基因组关联分析已成为鉴定畜禽重要经济性状基因的重要途径。文章对奶牛产奶性状和功能性状全基因组关联分析研究进展进行综述。     

奶牛重要经济性状全基因组关联分析研究进展

产奶性状是奶牛最重要的生产性状, 随着平衡育种理念的提出和发展, 繁殖性状、体型性状、健康性状和长寿性等功能性状也逐渐被重视并纳入育种规划中。鉴定产奶性状和功能性状主效基因或遗传标记并将之应用于奶牛标记辅助选择可望加快遗传进展。随着高密度SNP标记的高通量检测技术的发展, 全基因组关联分析已成为鉴定畜禽重要经济性状基因的重要途径。文章对奶牛产奶性状和功能性状全基因组关联分析研究进展进行综述。     

水稻复杂性状研究的新途径:水稻重要农艺性状全基因组关联分析

水稻是重要的粮食作物,且经过长期的自然和人工驯化,形成了适应不同地域栽培的优良品种。这些品种材料中蕴藏着丰富多样的自然变异,是深入挖掘和有效利用重要农艺性状基因的重要遗传资源。全基因组关联分析是利用不同基因间的连锁不平衡进行基因型和表型的相关性分析,从而高效鉴定目标性状基因。该分析方法已成为水稻复杂性状研究的新途径。现简要阐述全基因组关联分析的发展、原理及研究流程,并对其在水稻重要农艺性状研究中的进展进行综述。     

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。     

羊重要性状全基因组关联分析研究进展

全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)是一种复杂性状功能基因鉴定的分析策略,已成为挖掘畜禽重要经济性状候选基因的重要手段。随着绵羊和山羊基因组完成和公布,以及不同密度的SNP (single nucleotide polymorphism)芯片的推出并进行商业化推广,不仅大大丰富了羊标记辅助选择可利用的分子标记,而且还为开展重要性状的分子机理的探索提供了重要技术支撑。本文主要针对羊角、羊毛、羊奶、生长发育、肉质、繁殖和疾病等重要性状的GWAS研究所用的群体、主要研究方法和研究结果进行了综述,并对GWAS方法研究现状进行了归纳,以期为进一步利用GWAS进行羊的各种性状的遗传基础研究提供参考。     

绿色超级稻新品种选育研究进展

水稻(Oryza Sativa L.)是重要的粮食作物之一。面对农业生产与资源环境日益突出的矛盾,我国科学家提出了"绿色超级稻"的理念,并开展了卓有成效的系统研究与实践,在发掘与利用高产、优质、抗病虫、抗逆和营养高效等重要性状基因、建立全基因组育种技术平台、培育与应用绿色超级稻等方面取得了一系列的重大成果。"绿色超级稻"已经成为全球作物育种的新目标和农业可持续发展的重要举措。现概要介绍我国绿色超级稻的理论与实践的近期研究进展以及绿色超级稻选育与应用的主要成果。     

玉米叶夹角形成的遗传基础与分子机制解析*

玉米产量取决于植株捕获光能和固定CO₂合成有机化合物的效率。叶夹角是株型重要性状之一,较小叶夹角有利于提高玉米植株光合作用效率和种植密度,因而有利于提高玉米产量。研究表明玉米叶夹角为多基因控制的复杂数量性状,其遗传力较高,主要受基因的加性效应调控。目前,利用数量性状位点(quantitative trait loci, QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已鉴定数百个玉米叶夹角相关QTL;结合突变体分析等方法,已克隆数十个调控叶夹角关键基因,这为了解玉米叶夹角遗传机制提供了重要参考。由于前人研究所采用群体、分析方法及参考基因组版本不同,各研究之间所鉴定QTL差异较大,因此无法客观揭示叶夹角性状的遗传规律。为此,通过总结前人所定位叶夹角相关QTL和单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点并构建一致性图谱,鉴定出叶夹角性状定位热点区间,并对调控叶夹角的已知基因进行功能分类。这不仅为了解玉米叶夹角的遗传结构、推动叶夹角相关重要基因克隆提供数据支撑,也对进一步开发叶夹角相关分子标记,指导玉米分子育种和提高玉米产量提供有益指导。     

冠心病全基因组关联研究进展

近年来全基因组关联研究在世界范围内发展迅猛,研究者应用全基因组关联研究策略发现了一系列疾病的相关基因或变异,将疾病的基因组研究推向一个新的阶段。冠心病是一种由环境因素和遗传因素共同作用导致的复杂疾病,且是世界范围内死亡和致残的首要原因之一,世界各地的研究者应用此策略发现了候选基因关联研究未曾发现的多个冠心病相关易感区域。文章对近年来世界范围内针对冠心病的全基因组关联研究取得的重要进展进行简要总结,然后就现阶段全基因组关联研究所面临的挑战以及对未来研究的发展趋势进行分析阐述,为进一步探究冠心病的遗传机制提供指导。     

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。     

人类复杂疾病关联研究中群体分层的检出和校正

病例对照研究是鉴定多基因疾病易感位点重要的遗传流行病学方法, 而群体分层是导致病例对照研究关联研究结果出现偏倚甚至是假关联的重要原因之一。文章对人群分层的检出及校正的方法和原理进行了阐述, 包括基于核心家系的传递/不平衡检验(TDT)以及基于不相关基因组遗传标记的基因组对照(GC)和结构化关联(SA)等, 并且对这几种方法进行了比较。     

玉米株高和穗位高的遗传基础与分子机制*

株高和穗位高是玉米重要育种性状,直接影响植株的养分利用效率及抗倒伏性,进而影响玉米产量。玉米株高和穗位高属于典型数量性状,目前通过数量性状位点(quantitative trait loci mapping,QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已挖掘到较多相关遗传位点,通过QTL精细定位及利用突变体克隆了一些调控株高和穗位高关键基因。但是由于各研究组所利用的群体类型和大小、标记类型和密度以及统计方法不同,所鉴定QTL差异较大,单个研究难以揭示玉米株高和穗位高遗传结构。早期QTL定位的结果多以遗传距离来展示,不同时期GWAS研究所使用参考基因组版本不同,这进一步增加了借鉴和利用前人研究结果的难度。首次将目前已鉴定株高和穗位高遗传定位信息统一锚定至玉米自交系B73参考基因组V4版本,构建了株高和穗位高性状定位的一致性图谱,并鉴定出可被多个独立研究定位的热点区间。进一步对已克隆玉米株高和穗位高调控基因进行总结与分类,揭示株高和穗位高性状调控机制,对深度解析株高和穗位高遗传结构、指导基因克隆和利用分子标记辅助选择优化玉米株高和穗位高性状均具有重要意义。     

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。     

水稻基因组多样性及其在绿色超级稻育种中的应用

绿色超级稻育种策略是应对未来全球粮食安全问题的有效途径,水稻种质资源中丰富的遗传多样性为绿色超级稻的培育提供了坚实的遗传基础。近年来,水稻基因组研究取得了重大进展,特别是"3 000份水稻基因组计划"的完成,充分揭示了水稻种内丰富的遗传多样性,绘制了全球首个接近完整、高质量的亚洲栽培稻泛基因组图谱,为绿色超级稻的培育提供了更加完整的数据平台与理论基础。现介绍"3 000份水稻基因组计划"的最新研究进展及其对绿色超级稻育种的应用意义。     

基于选择牵连效应的标记/性状关联分析方法简介

许多重要农艺性状如产量、品质、抗逆性等多表现为数量性状, 是由多个基因和环境共同作用的结果, 对其遗传基础的研究比较困难。近年发展起来的以选择牵连效应分析为基础, 通过标记/性状之间的关联分析方法为这些性状的作图和遗传解析提供了新的手段, 也为作物的分子设计育种提供了新的思路, 其与QTL作图结果互相验证、互相补充, 必将促进数量遗传学、应用基因组学和育种学的发展。文章对关联分析的思路、方法、优缺点及应用时应注意的问题进行了比较系统的介绍。     

基于高密度SNP标记的肉牛人工选择痕迹筛查

近年来随着遗传改良工作的实施,人工选择大大提高了肉牛的生产性能并使其遗传基础发生巨大改变。文章基于Illumina BovineSNP50(54K)和BovineHD(770K)两款芯片数据,采用FST检验方法分析牛群的遗传分化,并筛查人工选择在牛的基因组留下的印记。通过全基因组范围内的扫描,共发现47 104个"离群"位点和3064个群体特异的人工选择"候选基因",如CLIC5、TG、CACNA2D1、FSHR等。通过基因注释对基因的生物学过程和分子功能进行富集分析。文章构建了我国肉牛的全基因组的选择信号图谱,为深入研究人工选择和理解生物进化提供线索,且研究结果也显示人工选择对基因组的影响在牛品种遗传改良中发挥了重要作用。     

基因水平的关联分析方法

全基因组关联研究(Genome wide association study, GWAS)已经在国内外的医学遗传学研究中得到广泛应用, 但是GWAS数据中所蕴含的与多基因复杂性状疾病机制相关的丰富信息尚未得到深度挖掘。近年来, 研究者采用生物网络分析和生物通路分析等生物信息学和生物统计学手段分析GWAS数据, 并探索潜在的疾病机制。生物网络分析和生物通路分析主要是以基因为单位进行的, 因此必须在分析前将基因上全部或者部分单个单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism, SNP)的遗传关联结果综合起来, 即基因水平的关联分析。基因水平的关联分析需要考虑单个SNP的遗传关联、基因上SNP数量和SNP之间的连锁不平衡结构等多种因素, 因此不仅在遗传学的概念上也在统计方法方面具有一定的复杂性和挑战性。文章对基因水平的关联分析的研究进展、原理和应用进行了综述。     

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。     

新冠肺炎遗传易感基因的研究进展

新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)感染人体后,个体间存在显著不同的新冠肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)临床症状。机体遗传因素在新冠病毒感染后的临床转归过程中发挥重要的作用。以全基因组关联研究(genome-wide association studies, GWAS)为代表的遗传关联研究方法,已成功鉴定了多个与新冠肺炎相关的易感基因,为新冠肺炎防诊治措施的研发提供了理论基础。本文综述了新冠肺炎遗传易感基因的研究进展,包括多种表型、多个人群、多种遗传变异类型的新冠肺炎全基因组关联研究以及易感基因区域的精细定位研究等,旨在为新冠肺炎遗传易感基因的后续研究提供参考。