基于GWAS和eQTL分析鉴定甘蓝型油菜含油量相关位点

作     者：周金枝 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱强

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：甘蓝型油菜 含油量 GWAS eQTL 

摘      要：甘蓝型油菜(Brassica napus,AACC,2n=38,以下简称油菜)是我国重要的油料作物,增加菜籽油总量对于满足我国食用油的需求具有重要作用。提高油菜含油量是增加菜籽油总量的有效方法之一,油菜含油量相关位点以及候选基因的鉴定是揭示菜籽油分形成和积累机制的基础工作,对于提高油菜含油量有着非常重要的意义。近年来,测序技术以及多组学研究的快速发展使得高密度标记以及多组学整合的策略在含油量位点鉴定工作中的应用成为可能。为了鉴定和解析潜在的含油量位点和候选基因,为高含油量油菜的育种提供参考,本研究对由495份具有广泛代表性的油菜品系构成的自然群体进行了全基因组重测序,并结合高密度的标记对种子含油量进行了全基因组关联分析(Genome-Wide Association Study,GWAS),与此同时,利用自然群体中309份材料的种子基因表达数据和基因型数据进行了eQTL(Expression Quantitative Trait Locus)定位分析。主要研究结果如下:本研究对495份甘蓝型油菜群体的两年三个地点含油量表型进行了考察,发现同一个环境下油菜群体内个体间含油量差异比较大。本研究对495份材料进行全基因组重测序,共鉴定出8,756,395个SNPs,全基因组标记密度为13.5个/Kb。选取全基因组上均匀分布的210,356个SNPs进行系统发育和群体结构分析,群体结构分析结果表明自然群体可以分成3个亚群,其中P1亚群包含180份材料,P2亚群包含108份材料,其余207个材料属于P3亚群。基于鉴定到的SNP标记,我们对A/C亚基因组的LD(Linkage Disequilibrium)衰减距离进行分析,A/C亚基因组上对应的连锁不平衡衰减距离分别为72.3 Kb,995.5 Kb。通过对油菜群体的含油量表型进行全基因组关联分析,本研究鉴定出37个含油量显著相关位点,单个位点对含油量表型的解释率为0.25%0.53%,其中20个位点位于前人报道的区间中,剩下的17个为本研究新鉴定到的位点。在37个显著位点中,有7个位点能在多个环境下被检测到,而其余的30个位点均只能在单一环境下被检测到。在此基础上,我们进一步筛选出3个稳定的甘蓝型油菜含油量位点,这三个位点分别位于A05、A07和A09染色体上。通过整合显著SNP信息和拟南芥同源基因信息在A05和A09染色体上的两个区间内挖掘出了4个含油量候选基因。最后,本研究结合309份油菜种子基因表达数据进行eQTL定位分析,分别鉴定出81,068个cis eQTL和137,984个trans eQTL,并根据trans eQTL结果挖掘出30个trans eQTL热点区域。本研究通过整合GWAS和eQTL定位结果,发现有1,360个eQTL位点位于含油量QTL区间内,其中包括435个trans eQTL,925个cis eQTL。其中41个显著的eQTL与含油量表型显著关联,包括9个trans eQTL和31个cis eQTL。