文章集錦 | 植物群體在QTL定位中的應(yīng)用

在動植物遺傳育種中，通過連鎖關(guān)聯(lián)分析對數(shù)量性狀位點(diǎn)（Quantitative trait locus,QTL）和質(zhì)量性狀基因進(jìn)行定位，對于加速育種改良的進(jìn)程具有重要的意義。對于植物群體，通常利用性狀具有顯著差異的兩個(gè)親本進(jìn)行雜交，再通過自交、回交或者其他方式來構(gòu)建家系群體。家系群體按照遺傳穩(wěn)定性劃分可分為暫時(shí)性分離群體和永久性分離群體，連鎖分析是基于家系群體利用連鎖的原理研究相關(guān)基因與遺傳標(biāo)記的關(guān)系的一種研究方法。全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）是一種在群體水平上研究基因型與表型之間關(guān)聯(lián)性的分析方法，更適用于自然群體基因功能定位。

以下小編列舉三篇成功案例，解析群體在QTL定位中的應(yīng)用。

當(dāng)我們針對一群體，關(guān)注性狀較多時(shí)，可參照案例一，整篇文章通過群體圖譜構(gòu)建，QTL定位后幾乎沒有驗(yàn)證工作，可以幫我們拿到一個(gè)群體QTL的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

案例一

發(fā)表期刊：Plant Physiology and Biochemistry

影響因子：6.1

合作單位：江蘇省徐淮區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘薯生物學(xué)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)方法：Xin24×Yushu10雜交中選擇212個(gè)F1材料: 特異性位點(diǎn)擴(kuò)增片段測序（SLAF-seq）；遺傳圖譜構(gòu)建；數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）定位；GWAS關(guān)聯(lián)（F1群體）

表型檢測：多年多表型收集

百邁客生物為該研究提供了群體測序及部分?jǐn)?shù)據(jù)分析服務(wù)。

甘薯作為一個(gè)全球重要的作物，其含有豐富的營養(yǎng)成分以及對不同環(huán)境的適應(yīng)能力。然而，由于其自交不親和，高雜合度等特性，使其遺傳特征的研究相對較少。作者從Xin24×Yushu10雜交中選擇212個(gè)F1材料，SLAF-seq測序，獲得親本26.73×，子代52.25×的測序數(shù)據(jù)，依據(jù)SNP及百邁客生物自主研發(fā)的HighMap構(gòu)圖軟件，生成一個(gè)長度為2441.56 cM、平均圖距為0.51 cM的遺傳圖譜。

基于連鎖圖譜，鑒定出26個(gè)QTL，解釋了6.3-10%的表型變異，包括6個(gè)最長藤蔓長度 QTL、6個(gè)單株產(chǎn)量 QTL、10個(gè)干物質(zhì)含量QTL、1個(gè)淀粉含量 QTL、一個(gè)可溶性糖含量QTL和2個(gè)類胡蘿卜素含量QTL。該研究結(jié)果對甘薯的標(biāo)記輔助育種和基因克隆具有重要意義。

 

 

前文是對多個(gè)性狀的連鎖分析，當(dāng)我們關(guān)注單個(gè)性狀時(shí)，BSA無疑是高性價(jià)比的初定位選擇，當(dāng)然，這就意味著我們得做到基因的精細(xì)定位與克隆，除去傳統(tǒng)圖位克隆的方式，轉(zhuǎn)錄組，蛋白組，自然群體GWAS，基因組都可助力基因克隆，如果想發(fā)高水平的文章，基因的功能探索也是必不可少的。

成功案例二

發(fā)表期刊：Plant Biotechnology Journal

影響因子：10.1

發(fā)表單位：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)

實(shí)驗(yàn)方法：莢果大小/重量差異顯著2份Virginia-type花生材料( ND _ L和ND _ S)雜交，產(chǎn)生遺傳群體；F2:3群體BSA-seq（20+20混池）；F6:7 和F6:8群體精細(xì)定位；基因克??；系統(tǒng)進(jìn)化分析；亞細(xì)胞定位；免疫熒光；酵母雙雜交；pull-down；CO-IP；番茄擬南芥轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)等。

百邁客生物為該研究提供了群體測序及部分?jǐn)?shù)據(jù)分析服務(wù)。

花生莢果大小是決定花生產(chǎn)量的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀，為了鑒定控制花生莢果大小的基因，該研究對188份核心種質(zhì)進(jìn)行鑒定，并選取莢果大小/重量差異顯著的2份花生材料構(gòu)建F2群體，BSA-Seq獲得了288.58 Gb的原始數(shù)據(jù)。利用285914個(gè)高質(zhì)量SNPs 和70 759個(gè) InDel，將控制莢果大小的基因定位在07染色體1.17 Mb的區(qū)間內(nèi)。作者從F6：7和F6：8群體中開發(fā)了15個(gè)多態(tài)性標(biāo)記并對個(gè)體進(jìn)行基因分型，精細(xì)定位QTL到KASP 9 和In Del15之間20.4 kb的區(qū)間內(nèi)。該區(qū)間僅包含1個(gè)預(yù)測的非同義突變基因和InDels，將該基因命名為PSW1。

PSW1編碼一個(gè)LRR – RLK蛋白激酶，等位基因PSW1HapII賦予了PSW1更高的表達(dá)水平和對其輔助受體AhBAK1更強(qiáng)的親和力，以上調(diào)PSW1 – based途徑，調(diào)節(jié)花生莢果大小。此外，PSW1HapII的過表達(dá)增加了多種植物的種子/果實(shí)大小。

當(dāng)然，如果想讓我們的文章影響因子再上一臺階，兼顧群體的“廣度”和“深度”，是更好的選擇。

成功案例三

發(fā)表期刊：Nature?Genetics

影響因子：30.8

發(fā)表單位：浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院等

實(shí)驗(yàn)方法：菜用豇豆G98，糧用豇豆G323 基因組Denovo；重測序GWAS：344份全世界收集的豇豆核心種質(zhì)，其中包括342份栽培豇豆（87份糧用豇豆、244份菜用豇豆和11份未知用途豇豆）和2份野生豇豆；Illumina測序，10x深度；基因單倍型驗(yàn)證：菜用豇豆地方品種 ‘ZN016’ 和菜用豇豆育成品種‘Zhijiang282構(gòu)建的RIL群體（183 lines）G98和G323構(gòu)建的F2群體（165 individuals）

百邁客生物為該研究提供了群體測序、基因組測序及部分?jǐn)?shù)據(jù)分析服務(wù)。

豇豆起源于非洲，在世界范圍內(nèi)作為糧食、蔬菜或牲畜飼料種植。該研究結(jié)合PacBio、Hi-C和二代測序，組裝了糧用豇豆和菜用豇豆的染色體水平基因組。對包括地方品種、野生品種和育成品種的344個(gè)材料進(jìn)行二代測序，以闡明豇豆基因組的系統(tǒng)進(jìn)化。

為了研究自然或人工選擇對豇豆分化的影響，作者通過選擇清除分析比較了三個(gè)豇豆亞群之間的基因組選擇特征，鑒定出239個(gè)與豇豆馴化和改良相關(guān)的基因。此外，通過GWAS，挖掘到裂莢性、莢長、單莢粒數(shù)、千粒重、可溶性糖、總淀粉和粗蛋白質(zhì)含量相關(guān)基因，并在遺傳群體中驗(yàn)證。同時(shí)揭示了兩個(gè)亞種之間基因組結(jié)構(gòu)變異（SVs）的全圖譜，為豇豆在全基因組選擇下的馴化與改良提供了見解。產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀的差異基因組選擇將有助于建立糧用豇豆和菜用豇豆雙向改良的遺傳資源。

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