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基于bsa-seq方法挖掘大豆再生相关候选基因

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作物学报 2023年第11期49卷 2935-2948页

作者：赵宇晶张滨烁苏安玉于振海李佳欢林洋张艳婷武小霞赵莹东北农业大学农学院黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学资环学院黑龙江哈尔滨150030

转基因生物育种技术可以定向改良大豆品种,为大豆定向育种提供一种新思路。为寻找与大豆再生相关的基因,探索大豆再生规律、提高遗传转化效率,本研究利用再生能力强材料东农50、再生能力弱材料Keburi及其子代RIL群体的200份材料进行大... 详细信息

转基因生物育种技术可以定向改良大豆品种,为大豆定向育种提供一种新思路。为寻找与大豆再生相关的基因,探索大豆再生规律、提高遗传转化效率,本研究利用再生能力强材料东农50、再生能力弱材料Keburi及其子代RIL群体的200份材料进行大豆器官发生试验,比较不同基因型之间再生能力的差异,筛选出极端材料各20份,后通过bsa-seq(bulked segregant analysis sequencing)技术对大豆再生候选基因进行初步定位,共获得88.04 G的clean data,平均测序深度为20.03×,定位到2 Mb区间,利用GO等数据库对区间内基因进行富集分析,差异表达基因主要富集在纤维素微纤维组织、植物型细胞壁组织或生物发生等20个条目中,其中被显著富集的植物型细胞壁组织或生物发生条目中共有6个基因,对6个基因进行组织表达量分析,在丛生芽伸长期间表达水平较高,说明其在大豆再生过程中发挥作用,可能为影响大豆再生的关键基因。本研究为大豆再生机制研究提供了重要的候选基因信息与必要的材料基础。

关键词：大豆再生器官发生 bsa-seq

基于bsa-seq的花生果壳厚度QTL定位分析

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基于BSA-seq的花生果壳厚度QTL定位分析

第二十届中国作物学会学术年会

作者：刘鸿飞郑峥孙子淇齐飞艳王娟汪濛濛董文召崔凯路赵明博汪晓张梦吴晓慧吴越罗丹丹黄冰艳张忠信曹刚强张新友河南省农业科学院郑州大学科研创新基地河南省作物分子育种研究院神农实验室农业部黄淮海油料作物重点实验室河南省油料作物遗传改良重点实验室

【研究背景】花生果壳厚度是花生的一个重要农艺性状,因为它不仅影响荚果抵御虫害和病原体侵袭的能力,同时还影响花生的脱壳过程。然而,很少有研究探究花生果壳厚度的遗传基础。【材料与方法】本研究利用以厚壳品种粤油18与薄壳品种潍花... 详细信息

【研究背景】花生果壳厚度是花生的一个重要农艺性状,因为它不仅影响荚果抵御虫害和病原体侵袭的能力,同时还影响花生的脱壳过程。然而,很少有研究探究花生果壳厚度的遗传基础。【材料与方法】本研究利用以厚壳品种粤油18与薄壳品种潍花8号杂交产生的F2群体来定位控制花生果壳厚度的QTLs。【结果与分析】利用bsa-seq方法,初步定位到3、8、13和18号染色体上。基于两个亲本的基因组重测序数据,开发了22个KASP标记,用于构建连锁图谱,进一步定位到了两个主效QTL（qPSTA08和qPSTA18）,其中qPSTA08定位在8号染色体上0.69Mb物理基因组区域,q PSTA18定位在18号染色体上0.15Mb物理基因组区域。此外,qPSTA08和q PSTA18分别解释了31.1%～32.3%和16.7%～16.8%的表型变异。【结论】在两个候选区域中共检测到了15个基因,其中3个基因的外显子区域发生了非同义突变。在两个主效QTL区间开发的两个分子标记（Tif2081713024和Tif218198124）可有效区分厚壳和薄壳材料。

关键词：花生花生果壳厚度 bsa-seq QTL KASP

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利用bsa-seq解析花生株型性状研究

利用BSA-seq解析花生株型性状研究

2017年中国作物学会学术年会

作者：李丽杨鑫雷崔顺利穆国俊何美敬刘立峰华北作物种质资源教育部重点实验室/河北省作物种质资源重点实验室/河北农业大学

花生是我国重要的油料作物和植物蛋白来源。花生的株型可以粗略分为直立、匍匐和半匍匐3种,花生株型直接影响着果针的入土和结果情况,也与种植密度和栽培耕作方式有着密切关系,进而影响到最后的产量,所以对花生株型的解析尤为重要。本... 详细信息

花生是我国重要的油料作物和植物蛋白来源。花生的株型可以粗略分为直立、匍匐和半匍匐3种,花生株型直接影响着果针的入土和结果情况,也与种植密度和栽培耕作方式有着密切关系,进而影响到最后的产量,所以对花生株型的解析尤为重要。本研究利用冀花5号(直立型)与M130(匍匐型)杂交所得的F群体,采用bsa-seq技术获得了13个与株型性状相关的SNP位点,其中在B亚组5号染色体上的3个SNP位点与性状紧密关联,关联区域在B05基因组序列上约4.08Mb。利用相同亲本构建的RIL群体,拟对株型相关性状QTLs进行定位验证。本研究为花生株型相关性状基因挖掘奠定了基础。

关键词：花生株型 bsa-seq

基于bsa-seq技术定位绿豆种皮颜色基因

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基于BSA-seq技术定位绿豆种皮颜色基因

第二十届中国作物学会学术年会

作者：黄琬婷王茜曹慧敏王晶橙张泽燕张耀文山西农业大学农学院

【研究背景】种皮颜色是作物重要的驯化性状和形态标记。绿豆种皮中含有丰富的化合物,如黄酮、蛋白和多肽等,黄酮被证明具有抗氧化、抗菌、调节酶活性等显著的药理活性,对人体具有保健作用。绿豆种皮颜色分为黑色、绿色和黄色,研究表明... 详细信息

【研究背景】种皮颜色是作物重要的驯化性状和形态标记。绿豆种皮中含有丰富的化合物,如黄酮、蛋白和多肽等,黄酮被证明具有抗氧化、抗菌、调节酶活性等显著的药理活性,对人体具有保健作用。绿豆种皮颜色分为黑色、绿色和黄色,研究表明,不同颜色绿豆种皮中黄酮类化合物含量不同,所含营养价值也不同。挖掘绿豆种皮颜色相关基因及其作用机理有助于培育高黄酮含量的绿豆新品种,为今后功能性品种选育和开发利用奠定理论基础,提高绿豆种皮的利用价值。【材料与方法】本研究利用冀绿9号(黑色种皮)和资源330(黄色种皮)杂交的F2分离群体,构建了2个种皮色基因混池。根据bsa-seq全基因组重测序结果,初步筛选出调控绿豆种皮颜色的候选区域,在候选区域内设计KASP分子标记进行精细定位,并结合不同时期种皮转录组分析结果、GO、KEGG富集分析,进一步筛选出调控绿豆种皮颜色的候选基因。【结果与分析】结果显示,SNP的关联分析共得到两个定位区间,位于4号染色体上的15,380,000～18,640,000bp和19,000,000～19,090,000bp上,总长度3.35 Mb,共有335个基因。In Del关联分析得到一个定位区间,为4号染色体上的15,380,000～18,640,000bp之间总长度为3.33Mb,共包含328个基因。对SNPs和In Dels关联分析结果取交集,得到4号染色体15,380,000～18,640,000 bp的区域,总长度为3.26 Mb,共有324个基因,包含非同义突变基因49个,移码突变基因15个。在这一区间内开发KASP分子标记进行精细定位。利用AQP分型技术,筛选出高质量有明显分型趋势的KASP引物11对,将候选区域逐步缩小至标记KA330和KA421之间,物理距离为16,302,330～18,013,421 bp,长度为1.71 Mb,共包含非同义突变基因22个,移码突变基因2个。其中有功能注释的基因为17个。转录组数据分析和qRT-PCR表达分析结果表明,LOC106759331、LOC106759554、LOC106758122、LOC106758748、LOC106759605、LOC106759353在冀绿9号与资源330的种皮中表达量存在显著差异,为调控绿豆种皮的候选基因。其中LOC106758748基因注释为MYB90,其功能为参与调控黄酮类化合物生物合成,故可能是调控绿豆种皮颜色的关键基因。【结论】本研究筛选出6个可能控制绿豆种皮色的候选基因,为后续精细作图和分子标记辅助选择育种提供了有用信息,为挖掘绿豆种皮色相关基因及功能分析奠定了基础。

关键词：绿豆种皮颜色基因定位 bsa-seq

基于bsa-seq技术的马铃薯块茎蛋白含量基因定位与分子标记开发

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基于BSA-seq技术的马铃薯块茎蛋白含量基因定位与分子标记开发

2022年第二十四届中国马铃薯大会

作者：张朝澍史可昕赵娜石瑛东北农业大学寒地粮食作物种质创新与生理生态教育部重点实验室

马铃薯(Solanum tuberosum L.)是世界第四大粮食作物,第一大非谷类粮食作物,在工业、农业生产中占有重要地位。马铃薯块茎蛋白是一种优质蛋白,含有较高的必需氨基酸,且富含其他粮食作物所缺乏的赖氨酸,具有较高的生物价值。随着人们对... 详细信息

马铃薯(Solanum tuberosum L.)是世界第四大粮食作物,第一大非谷类粮食作物,在工业、农业生产中占有重要地位。马铃薯块茎蛋白是一种优质蛋白,含有较高的必需氨基酸,且富含其他粮食作物所缺乏的赖氨酸,具有较高的生物价值。随着人们对优质蛋白的需求,加工企业往往需要蛋白含量较高的原材料。因此,选育高蛋白含量的优质马铃薯品种,是提高马铃薯品种竞争力的重要途径。马铃薯传统育种周期长、筛选效率低、群体量大,限制了马铃薯育种的发展。分子标记辅助育种可加速育种进程,但四倍体栽培种又有着遗传背景狭窄、基因库匮乏、遗传重组率高、自交衰退等问题,开发分子标记难度较大。而开发出的分子标记,大多集中在二倍体群体中,用于育种实践的分子标记较少。随着高通量测序技术的不断发展,测序技术为快速挖掘基因、开发功能标记提供有效手段。其中, bsa-seq技术,可在不构建遗传图谱的情况下快速挖掘目的基因,该技术已广泛应用于多种作物的研究中。为筛选控制块茎蛋白含量基因,以高蛋白含量品种"大西洋"、低蛋白含量品种"定薯1号"、及其构建的F1分离群体为材料,利用bsa-seq技术筛选目标性状相关联的染色体区域,针对目标区域开发引物并进行检测,获得与蛋白质含量紧密连锁的SSR标记。该试验开发的标记可加快马铃薯蛋白含量育种进程,也为控制马铃薯块茎蛋白含量基因研究奠定基础。2019和2020年将试验材料种植于东北农业大学向阳农场实验基地,采取完全随机区组设计, 2次重复,每行种植20株,正常田间管理。收获后各小区随机选取10个块茎用于蛋白含量测定。使用R软件中的lme 4程序包对F1分离群体多环境表型数据进行拟合,获得最后线性无偏估计值(Best liner unbiased prediction, BLUP),利用BLUP值作为多环境联合分析数据。进而,选取极端高蛋白材料19份、极端低蛋白含量材料24份,构建极端材料混池。提取各混池叶片DNA,进行简化基因组测序,同时,双亲进行全基因组重测序。利用SOAP软件将Raw Reads进行过滤,过滤后将Enzyme reads比对到参考序列后进行SNP标记分型。通过相关分析确定与马铃薯蛋白质密切相关的SNP,根据相关阈值确定候选区间,同时,进行基因功能注释和生物途径富集分析。研究共完成了2个混池及2个亲本池的测序与分析,其中父本过滤后获得的reads数为45 862 067,母本过滤后获得的reads数为45 544 783, 2个混池过滤后获得的reads数分别为45 572 901、 45 240 707。基于比对结果,去除测序深度小于3的标签后,各样品的平均标签数目为129 382,所有样品标签比对率为86.96%～87.59%。对SNP、 In Del进行过滤,总共得到17 306个SNP、 In Del位点。利用欧式距离算法,筛选2个混池间存在的显著差异标记,评估与蛋白含量相关的区间。试验共关联到3个区间,分别为2号染色体18.88～21.59 Mb处,区间大小为2.71 Mb;4号染色体8.30～12.84 Mb处,区间大小为4.54 Mb;4号染色体65.12～66.39 Mb处,区间大小为1.27 Mb。根据定位区域、基因位置及参考基因组信息,使用NR、 Tr EMBL、 KEGG、 GO、 KOG、 swissprot、 PFAM共7个功能数据库对候选基因进行功能注释,共注释到719个候选基因,注释基因显著富集在玉米素合成代谢通路,该代谢通路可阻止蛋白质降解。根据双亲重测序信息,使用Primer Premier 5软件分别在3个区间内开发SSR引物,进而,使用双亲DNA对引物多态性进行筛选。以F1分离群体中的41份高蛋白材料、 34份低蛋白材料DNA验证引物在F1群体中多态性,其中,引物SSR15表现出多态性高、条带清晰、重演性好。检测结果表明,引物SSR15在41份高蛋白材料检测出30份材料为高蛋白亲本带型,准确率为73.17%;在34份低蛋白材料中检测出28份材料为低蛋白亲本带型,准确率为82.35%。选取48个马铃薯栽培品种用于检测开发与蛋白含量紧密连锁的分子标记。在48份四倍体马铃薯品种中,高蛋白品种有14份,占总材料的29.17%;低蛋白品种有8份,占总材料的16.67%。使用SSR15对48份马铃薯品种进行检测,在标记为阳性的11个品种中,有9个为高蛋白含量,分子标记的检测结果与蛋白含量的对应度达到了81.82%;在标记为阴性的11个品种中,有6个为低蛋白含量,分子标记的检测结果与蛋白含量的对应度达到了54.55%。检测结果表明,引物SSR15能较好地筛选不同马铃薯品种蛋白质含量,可用于马铃薯蛋白含量分子标记辅助育种中。将该分子标记命名为pChr2-4。研究结果有助于深入了解控制马铃薯块茎

关键词：马铃薯蛋白含量 bsa-seq SSR标记分子标记辅助选择

基于bsa-seq技术鉴定大豆耐荫性状相关候选基因

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中国油料作物学报 2021年第6期43卷 1006-1015页

作者：曾维英苏燕竹赖振光杨守臻陈怀珠谭玉荣孙祖东盖钧镒广西农业科学院经济作物研究所/农业农村部西南玉米大豆间套作区农业科学观测实验站广西南宁530007 南京农业大学大豆研究所/农业农村部大豆生物学与遗传育种重点实验室江苏南京210095

间套种是我国南方大豆种植的重要模式,而高秆作物的遮荫胁迫导致大豆产量和品质难以提升,是制约大豆间套种发挥潜力的限制因素,因此对大豆耐荫性的解析尤为重要。本研究以强耐荫材料矮脚早和极不耐荫材料齐佩华为亲本构建RILs群体,根据... 详细信息

间套种是我国南方大豆种植的重要模式,而高秆作物的遮荫胁迫导致大豆产量和品质难以提升,是制约大豆间套种发挥潜力的限制因素,因此对大豆耐荫性的解析尤为重要。本研究以强耐荫材料矮脚早和极不耐荫材料齐佩华为亲本构建RILs群体,根据耐荫指数表型鉴定RIL群体的耐荫性,从RIL群体中挑选出强耐荫和极不耐荫家系各30个,分别构建成两个极端性状DNA子代混合池,对子代混合池和亲本池分别开展平均60×和30×覆盖深度的全基因组重测序,通过计算两个子代池的SNP-index,比较SNP-index在耐荫池与不耐荫池染色体各区段的差异,定位耐荫性状的关联区域;根据基因注释信息,预测候选基因。结果表明4个样本共得到11963077个单核苷酸多态性(SNPs)标记,发现控制耐荫相关性状的基因主要集中在1号染色体51942~505708 bp区段、4号染色体50972768~51854631 bp区段、9号染色体48778767~50178743 bp区段和18号染色体40858027~43909456 bp区段内,共包含408个基因,通过基因注释和功能分析发现ACC氧化酶5、生长素诱导蛋白5NG4、光敏色素相关丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶、转录因子MYBJ6和MYB128等5个基因可能在大豆耐荫过程中起着重要作用,确定为大豆耐荫性的候选基因。本研究结果将为解析大豆耐荫的分子机理奠定重要的基础,同时为大豆耐荫基因的图位克隆奠定坚实的理论基础。

关键词：大豆耐荫 bsa-seq 候选基因

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基于bsa-seq的拟南芥辐射诱变突变体的基因定位

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核农学报 2023年第10期37卷 1905-1911页

作者：汪泽民何曦张宇涵周明洪丽兰浙江大学原子核农业科学研究所/农业农村部和浙江省核农学重点实验室浙江杭州310058 浙江大学生命科学学院植物生物学研究所浙江杭州310058

辐射诱变极易导致染色体结构变异,目前鲜有采用bsa-seq方法定位辐射诱变突变体基因的研究报道。为探索bsa-seq用于辐射诱变突变体的基因定位的可行性,本研究通过辐射诱变筛选得到一个拟南芥突变体,将其与亲本杂交,在F2代分离群体中根据... 详细信息

辐射诱变极易导致染色体结构变异,目前鲜有采用bsa-seq方法定位辐射诱变突变体基因的研究报道。为探索bsa-seq用于辐射诱变突变体的基因定位的可行性,本研究通过辐射诱变筛选得到一个拟南芥突变体,将其与亲本杂交,在F2代分离群体中根据表型筛选单株,构建两个极端表型的子代混池;将两个子代混池与亲本混池进行全基因组测序,使用MutMap、QTL-seq和GPS等多种bsa-seq定位策略对其进行定位分析。结果表明,多种bsa-seq定位策略均取得了一致的结果,在2号染色体上获得7 Mb的初步定位区间;使用IGV软件对该区间内的基因组进行可视化,发现该区间内存在25 189 bp的大片段缺失,缺失区段包含6个基因;通过SnpEff进行突变位点注释,经基因注释信息推测AT2G28610为候选基因;通过遗传学试验验证了该候选基因为突变基因。本研究结果为应用bsa-seq技术定位辐射诱变得到的突变位点提供了参考。

关键词：拟南芥辐射诱变基因定位 bsa-seq

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利用bsa-seq方法鉴定向日葵耐盐候选基因

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中国油料作物学报 2018年第6期40卷 777-784页

作者：贾秀苹卯旭辉岳云陈炳东梁根生王兴珍甘肃省农业科学院作物研究所甘肃兰州730070 甘肃省农业技术推广总站甘肃兰州730070 甘肃省科学技术协会甘肃兰州730000

挖掘向日葵耐盐基因对作物耐盐品种选育具有重要意义。本研究利用高耐盐自交系Y07-136R(父本)和不耐盐自交系Y05-222A(母本)及其构建的包含600个单株的F2分离群体为试验材料,挑选分离群体中耐盐和不耐盐的极端分离株系各50株单株,分别... 详细信息

挖掘向日葵耐盐基因对作物耐盐品种选育具有重要意义。本研究利用高耐盐自交系Y07-136R(父本)和不耐盐自交系Y05-222A(母本)及其构建的包含600个单株的F2分离群体为试验材料,挑选分离群体中耐盐和不耐盐的极端分离株系各50株单株,分别构建两个DNA池用于高通量测序以分析筛选向日葵耐盐候选基因。通过本研究共发掘到6个耐盐关键候选基因(Ha0_73Ns. 730/Ha10. 228/Ha12. 2377/Ha2. 3822/Ha8. 182/Ha9.5434),功能注释分别为依赖ATP的RNA解旋酶、热休克蛋白、生长素结合蛋白、溶质运载蛋白家族成员、核糖体蛋白S21家族成员及未知功能蛋白。通过候选基因同源分析、代谢通路分析及共表达基因分析发现,这些基因参与植物逆境胁迫调控,可能具有耐盐的生物学功能。本研究结果为耐盐基因的克隆及功能解析提供了重要候选基因,同时为向日葵耐盐新品种的选育提供了重要的分子标记。

关键词：向日葵耐盐基因 bsa-seq 同源分析功能注释

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基于bsa-seq结合连锁分析发掘大豆荚粒性状QTLs及候选基因

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中国农业科技导报 2023年第7期25卷 29-42页

作者：孙亚倩陈士亮褚佳豪李喜焕张彩英河北农业大学华北作物改良与调控国家重点实验室华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室河北保定071001 承德市农林科学院河北承德067000

豆荚和籽粒是大豆重要的产量形成器官,同时,荚粒性状作为大豆重要外观品质,还直接影响其商品性。鉴于此,基于大豆重组自交系群体(recombinant inbred line,RIL)在多种环境条件下的荚粒性状(荚长、荚宽、荚重、粒长、粒宽和粒重),筛选极... 详细信息

豆荚和籽粒是大豆重要的产量形成器官,同时,荚粒性状作为大豆重要外观品质,还直接影响其商品性。鉴于此,基于大豆重组自交系群体(recombinant inbred line,RIL)在多种环境条件下的荚粒性状(荚长、荚宽、荚重、粒长、粒宽和粒重),筛选极端家系构建2个混池——大荚大粒池(large pool,LP)和小荚小粒池(small pool,SP);经混合群体分离测序(bulked segregant analysis sequencing,bsa-seq)寻找控制荚粒性状的遗传位点,同时结合前期该群体连锁定位QTLs以及RIL亲本荚粒转录组数据,发掘多环境、多方法、多性状共定位区间以及候选基因。结果表明,构建的LP与SP混池在不同环境下的荚粒性状存在显著差异,bsa-seq结果与Williams82参考基因组的平均比对效率在98%以上,10×基因组覆盖率在94%以上;基于此,在置信度0.95时,经SNP-index、Euclidean distance(ED)和G-statistic算法分别获得27、41和51个关联区域,在置信度0.99时,分别获得5、15和16个关联区域,位于11条染色体(1、3、4、6、7、12、13、15、17、19和20号);经与前期连锁定位QTLs比较发现,在7、19和20号染色体上存在多环境、多方法、多性状共定位遗传位点,且20号染色体SNP标记ss715637629及19号染色体SNP标记ss715635705、ss715635755、ss715635844等在连锁定位与bsa-seq同时被检测到;进一步分析3种bsa-seq算法共关联区域内的候选基因,发现40个基因存在外显子非同义突变,其中15个基因在RIL群体亲本C813和KN7豆荚和籽粒表达量较高,并有3个基因随豆荚发育进程表达量增加。以上结果为开展大豆荚粒性状分子遗传改良以及遗传基础解析奠定了重要基础。

关键词：大豆荚粒性状 bsa-seq 连锁定位 QTLs 候选基因

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