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基于QTL定位和全基因组关联分析筛选甘蓝型油菜株高和一次有效分枝高度的候选基因

作物学报 2020年第2期46卷 214-227页

作者：霍强杨鸿陈志友荐红举曲存民卢坤李加纳西南大学农学与生物科技学院/油菜工程研究中心重庆400715 西南大学现代农业科学研究院重庆400715

株高和一次有效分枝高度是与甘蓝型油菜结荚层厚度、收获指数紧密关联的重要农艺性状,有关株高的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)和全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)已有很多报道,但对一次有效分枝高... 详细信息

株高和一次有效分枝高度是与甘蓝型油菜结荚层厚度、收获指数紧密关联的重要农艺性状,有关株高的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)和全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)已有很多报道,但对一次有效分枝高度的QTL和GWAS定位以及候选基因筛选的研究报道较少。本研究利用已构建的高密度遗传连锁图对2016和2017年2个环境的186个株系组成的重组自交系群体株高和一次有效分枝高度及其最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)值进行QTL定位共检测到8个株高的QTL,分别位于A03、A04和A09染色体,单个QTL解释4.60%~13.29%的表型变异,其中位于A04染色体上的QTL(q-2017PH-A04-2和q-BLUP-PH-A04-2)在2017年和BLUP中均被检测到;检测到9个一次有效分枝高度QTL,分别位于A01、A02、A05、A09、C01和C05染色体上,单个QTL解释5.12%~19.10%的表型变异,其中q-2017BH-A09-1、q-BLUP-BH-A09-2和q-BLUP-BH-A09-3有重叠区段。同时,利用课题组前期完成的588份重测序自然群体进行全基因组关联分析,2年共检测到与株高显著关联的50个SNP位点和与一次有效分枝高度显著关联的12个SNP位点;根据SNP的物理位置,筛选出参与细胞增殖、细胞扩增、细胞周期和细胞壁活动的13个株高候选基因,以及参与赤霉素、亚精胺等合成代谢途径、核糖体组成和在光合、萌发等过程中有一定作用的一次分枝高度的11个候选基因,并利用荧光定量PCR技术验证候选基因在极端材料中的表达情况。本研究结果将为油菜株型改良及后续基因的功能研究提供理论依据。

关键词：甘蓝型油菜株高一次有效分枝高度基因定位候选基因筛选

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甘蓝型油菜株高和一次有效分枝高度候选基因的筛选

甘蓝型油菜株高和一次有效分枝高度候选基因的筛选

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作者：杨鸿西南大学

学位级别：硕士

甘蓝型油菜(Brassica napus L.)的株高、一次有效分枝高度是与结荚厚度、产量相关的重要性状。本研究利用已构建的高密度遗传连锁图对重组自交系群体株高和一次有效分枝高度进行QTL定位;利用重测序自然群体提取的SNP数据,对株高和一次... 详细信息

甘蓝型油菜(Brassica napus L.)的株高、一次有效分枝高度是与结荚厚度、产量相关的重要性状。本研究利用已构建的高密度遗传连锁图对重组自交系群体株高和一次有效分枝高度进行QTL定位;利用重测序自然群体提取的SNP数据,对株高和一次有效分枝高度的表型数据进行全基因组关联分析;同时,结合株高和一次有效分枝高度极端差异材料的转录组测序分析结果,筛选与株高和一次有效分枝高度相关联的差异候选基因,并用qRT-PCR方法对其进行表达模式分析,明确其基本的生物学特征。主要结果如下:1.株高和一次有效分枝高度的表型变异在2016年、2017年中,重组自交系群体的株高在两年间的变异系数分别为5.24%和5.75%,一次有效分枝高度的变异系数为18.58%和17.73%;自然群体中,株高的变异系数为8.57%和10.16%,一次有效分枝高度的变异系数为26.65%和27.86%。株高和一次有效分枝高度在两年间的表型变异较为稳定,株高的变异系数相对于一次有效分枝高度较小。重组自交系群体中,株高和一次有效分枝高度的广义遗传力分别为75.45%和68.77%,自然群体中分别为87.42%和82.21%。在同一群体中,株高相对于一次有效分枝高度的遗传力较高。两性状在各个环境下均呈现连续正态分布,属于由多基因控制的数量性状。2.两性状与产量和结荚厚度的相关分析和通径分析在两年两群体中,株高与结荚厚度、经济产量均呈极显著正相关;一次有效分枝高度与结荚厚度呈极显著负相关或负相关,与经济产量在自然群体中呈极显著正相关,在重组自交系群体中相关性不明显。通径分析表明,株高对经济产量的直接正效应较大,一次有效分枝高度对经济产量呈直接负效应,它们在各环境中对经济产量的效应一致,只在作用大小上有一定的差异。3.重组自交系群体株高和一次有效分枝高度的QTL定位在已经构建的遗传图谱基础上,运用复合区间作图法对2016年、2017年株高和一次有效分枝高度的表型数据以及BLUP值进行QTL定位分析,共检测到19个QTL位点,单个QTL解释4.60%-19.10%的表型变异,位于A01和A09上的QTL位点加性效应为负值,增效基因来自父本,其余的QTL来自母本。株高共检测到10个QTL位点,分别位于在A03、A04和A09染色体上,单个QTL解释4.60%-13.29%的表型变异,其中位于A04染色体上的QTL位点(A04:13373664-13531885)在2017年和BLUP值中均被检测到;一次有效分枝高度检测到9个QTL位点,分别位于A01、A02、A05、A09、C01和C05染色体上,单个QTL解释5.12%-19.10%的表型变异,其中q-2017BH-A09-1(32375997-32618214)、q-BLUP-BH-A09-2(32435925-32608817)和q-BLUP-BH-A09-3(32514368-32619386)有交叉重叠区段。4.自然群体株高和一次有效分枝高度的全基因组关联分析自然群体的株高和一次有效分枝高度在最佳模型下共检测到89个显著SNP位点。其中,株高共检测到75个显著SNP位点,分别分布于A02、A03、A07、C02和C06染色体上,表型变异贡献率为6.01%-20.05%,这些位点中有42个SNP位点均在2017年和BLUP值中被检测到,A02染色体上有1个,A07染色体上有38个,C06染色体上有3个;一次有效分枝高度共检测到14个显著SNP位点,分别位于A02、C02、C03、C04、C05和C09染色体上,表型变异贡献率为6.23%-18.36%,这些位点中有5个SNP位点均在2017年和BLUP值中被检测到,A02染色体上有3个,C02和C05染色体上各有1个。5.极端表现型材料的转录组分析在株高极端材料的茎尖中检测到7206个显著差异表达基因,株高较高材料(YC4)相对于株高较矮材料(YC15)有3475个基因显著上调表达,3731个基因显著下调表达。在一次有效分枝高度极端材料的茎尖中检测到5128个显著差异表达基因,一次有效分枝高度较高材料(YC11)相对于一次有效分枝高度较矮材料(YC4)有2654个基因显著上调表达,2474个基因显著下调表达。株高和一次有效分枝高度的DEGs在GO分析和KEGG分析中富集生物学功能和代谢途径的趋势一致。在生物过程分类中,参与最多的GO类别是细胞过程、单一生物过程、代谢过程;在细胞组分方面,分布最多的是细胞、细胞成分和细胞器;在分子功能方面主要集中在结合、催化两类别上。KEGG分析中,富集在核糖体的基因最多;其次是碳代谢和氨基酸生物合成及植物激素信号转导。6.候选基因的筛选和表达验证根据所得的QTL位点获取置信区间内的基因和关联分析SNP位点上下游500 kb区间内的

关键词：甘蓝型油菜株高一次有效分枝高度 QTL定位全基因组关联分析转录组分析候选基因

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