利用高密度SNP标记定位甘蓝型油菜株高QTL

为了提高甘蓝型油菜株高的分子标记辅助育种效率,以888-5（矮秆）×M083（高秆）构建的重组自交系为材料,通过利用新开发的油菜60K SNP芯片对群体进行SNP标记分型,并结合单环境和多环境2种QTL检测方法对4个环境下株高进行了QTL定位及其与环境互作分析。结果表明：2种QTL定位方法,共检测出27个油菜株高QTL,分布于8个连锁群（A2、A4、A5、A6、A9、A10、C3和C7）,单个QTL可解释的表型变异为0.70%~26.10%。其中6个QTL与环境存在互作效应,在4个环境下效应大小不一,但效应方向表现一致。主效QTL q PH2-4在2个环境下重复检测到,对表型变异解释为17.96%~26.10%,而且有2个SNP标记距离该QTL的最大峰值小于0.2c M。这些QTL为油菜株高的遗传改良提供了有用的遗传信息。

四种油料作物中的细菌型PEPC基因的鉴定及在发育种子中的表达

鉴定和获取了四种油料作物(油菜、大豆、花生和芝麻)中的细菌型PEPC基因,分析了所编码蛋白的保守结构域(BOX I-IV)和蛋白作用功能位点。基因包括甘蓝型油菜的Bna10093361、Bna1009749和Bna10093360,大豆的Glyma10g34970.1,Glyma01g22840.1和Glyma02g14500.1,芝麻的SIN1018296和花生的AhPPC5。这8个基因通常含有19～21个内含子,内部插入一个约350～600bp的高度变异区,编码的蛋白在C端形成R/KNTG结构域,在N端缺乏磷酸化作用位点。在种子发育的不同时期,油菜中仅Bna10093360表达,但其表达量不到油菜Bn-Actin表达量的0.1%;大豆中Glyma10g34970.1表达量最高(接近大豆GlymaActin的2%),Glyma02g14500.1次之;花生AhPPC5表达量为花生AhActin的32%～175%,在种子不同发育时期表达量为早期>中期>晚期;芝麻SIN1018296表达量为芝麻SINActin的3%～18%,在种子发育时期的表达趋势和花生AhPPC5相似。8个基因种子中的表达模式差异明显,说明细菌型PEPC基因可能存在着广泛的功能分化。

甘蓝型油菜分枝数QTL定位及其候选基因预测

分枝数是影响油菜产量的重要株型性状之一.为了有助于油菜分枝数的分子标记辅助育种,以甘蓝型油菜品系888-5（多分枝）和M083（少分枝）杂交形成的重组自交系（RIL）群体为材料,通过利用第一张油菜60KSNP芯片对群体进行高通量SNP分型,并结合单环境和多环境2种QTL检测方法对RIL群体在4个环境（武汉-2012、武汉-2013、扬州-2012和扬州-2013）下分枝数进行QTL定位.结果表明：共检测出18个分枝数QTL,分布于A2、A6、A7、C1和C4连锁群.其中11个QTL在2个以上环境下可重复检测到;有2个QTL与环境之间存在互作效应.主效QTL2个（qBN2-3和qBNE2-1）,分别在3个、4个环境下重复检测到,可解释的表型变异为13.12% ～20.60%,2.80% ～30.10%.qBNE2-1与环境存在互作效应.另外,通过利用SNP标记侧翼序列和油菜基因组比对作图,从3个QTL（qBN2-1、qBN7-6和qBN7-8,三者可解释的表型变异分别为19.40% ～17.30%、5.70% ～12.21%和7.88% ～10.32%）的基因组区段内（分别为279kb、165kb和562kb）共筛选出4个与分枝数有关的候选基因,它们的拟南芥同源基因（分别为CUC2、PIN3、F23N20.8和PIN4）均参与拟南芥分枝数的分化或形态建成.

芸薹属AC基因组中SUC基因家族的鉴定与进化分析

为分析芸薹属AC基因组中SUC基因(负责蔗糖和质子同向转运的蛋白基因)家族的扩张与丢失,基于已公布的白菜和尚未公布的甘蓝及甘蓝型油菜基因组数据对SUC基因进行全基因组鉴定,并分析基因结构域特征、生化特征、进化关系和表达特性。依据HMMER程序构建的SUC基因家族的HMM(隐马尔科夫)模型,在白菜、甘蓝、甘蓝型油菜中,各检索出12、11和24个SUC候选基因;通过用SUC家族特征进行筛选,最终各保留了12、4和7个SUC基因;通过对SUC基因在拟南芥、白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中的系统发育分析,SUC基因家族在芸薹属物种中分成了3个亚类。利用MCscan对这4个物种基因组的共线性分析,结果表明SUC基因家族成员在芸薹属物种基因组加倍后以及白菜和甘蓝杂交形成油菜以后发生了不同程度的丢失。同时,序列生化特性预测结果表明SUC蛋白是属于偏碱性的疏水性蛋白且结构稳定;表达谱分析显示,所有SUC基因基本上在所有的组织中都有不同程度的表达;启动子分析表明,SUC基因的启动子区富含LTRE、ABRE、MYC、MYB和W-box等逆境应答相关顺式作用元件,因而该基因可能也与抗逆性相关。

甘蓝型油菜RIL群体株高性状的全基因组关联分析

为提高甘蓝型油菜株高的分子标记辅助育种效率,挖掘与株高相关的功能基因以构建理想株型,利用单个重组自交系（RIL）群体在3个环境下的株高表型数据及7 877个SNP标记的基因型分型数据进行全基因组关联分析。在2个或2个以上环境下同时检测到5个与株高显著相关的SNP（Bn-scaff_15794_3-p62430、Bn-A02-p9599263、Bn-A02-p9409799、Bn-A02-p9993945和Bn-A02-p9636219）,均位于A02染色体上。比较利用连锁分析方法的QTL定位结果,发现标记Bn-A02-p9599263和Bn-scaff_15794_3-p62430分别位于QTL（q PH2-2和q PH2-4）峰值处,标记Bn-A02-p9636219和Bn-A02-p9993945分别落在QTL（q PH2-3和q PH2-4）2-LOD的置信区间内,标记Bn-A02-p9409799距离QTL（q PH2-2）的置信区间0.3c M。利用关联分析定位的区间（69.5~80.7c M）比利用连锁方法定位的QTL区间（60.7~95.9c M）缩小了24c M。依据参考基因组信息,在标记Bn-scaff_15794_3-p62430附近2kb处找到1个与株高性状相关的候选基因（GSBRNA2T00090973001）。结果表明,单个RIL群体进行全基因组关联分析可以对连锁QTL分析结果进行补充,缩小QTL置信区间。

甘蓝型油菜株高性状的全基因组关联分析

适当的株高不仅是抗倒性和机械化收获的需要,而且是建立高产理想株型的需要。本研究测定来自世界油菜主产国的371份种质资源材料构成的自然群体的株高,利用60K SNP芯片对该群体进行基因型检测,获得了21 856个SNP,利用这些SNP和株高数据进行全基因组关联分析,结果表明:(1)检测到4个与株高显著关联的SNP,即Bn-A07-p3583161、Bn-scaff_22790_1-p1271170、Bn-scaff_20735_1-p42779和Bn-scaff_18702_1-p589589,分别分布于A07、C01和C02染色体;它们对表型变异的解释率分别为11.33%、11.75%、12.31%和10.97%;(2)参考基因组信息,在上述前3个SNP附近的492.0、9.5和69.5 kb处分别找到一个与株高性状相关的候选基因;(3)4个显著SNP各自的等位基因间表型均值差异分别为11.09、15.12、10.48和8.93 cm,双尾t测验结果表明各等位基因组间差异显著。

基于高深度重测序的春性、半冬性和冬性甘蓝型油菜基因组遗传变异分析

为研究不同生态适应型甘蓝型油菜之间的遗传变异,采用高通量测序手段对春性、冬性和半冬性甘蓝型油菜代表性品种(奥罗、Darmor-Bzh和中双11号)进行了高深度重测序。通过遗传变异比较分析,在春性和冬性、春性和半冬性、半冬性和冬性之间检测到丰富的遗传变异,包括SNP、Indel、结构变异和拷贝数变异等。在春性和冬性、半冬性和冬性、春性和半冬性甘蓝型油菜之间存在遗传变异分布的基因数目分别为43 983、44 592和44 991个。对这些基因进行GO富集分析,发现它们主要富集在基础代谢、生长发育调控和环境适应性等相关的GO类别中。针对不同生态型之间的差异特点,重点关注开花时间的调控网络,发现与植物春化途径、赤霉素途径、衰老途径等相关的重要基因FLC、VRN、GA、SPL3等同源拷贝中均存在遗传变异,推测这些基因功能可能与甘蓝型油菜不同生态适应型的形成相关。本研究在不同生态适应型品种内检测到的大量的遗传变异以及这些变异在基因中的分布为解释甘蓝型油菜不同生态适应型的形成提供了遗传基础,为后续的分子育种以及改良生态适应型提供理论指导。

甘蓝型油菜半胱氨酸蛋白酶基因BnCP51及其启动子的克隆与表达

为通过转基因技术建立新型授粉控制体系,克隆与雄性不育相关的基因及启动子,根据甘蓝型油菜全基因组信息设计特异引物,获得半胱氨酸蛋白酶家族基因Bn CP51的完整开放阅读框和上游启动子序列。Bn CP51基因全长1 032bp,在Gen Bank登录号KC898325,启动子长1 951bp。生物信息学分析表明,Bn CP51具有木瓜蛋白酶基因家族典型的保守结构域ERFNIN和GCNGG功能域。实时荧光定量PCR结果表明Bn CP51在花蕾中高量表达。在线启动子序列元件预测分析发现Bn CP51启动子序列中有多个花药特异表达元件。构建重组载体p Bn CP51::GUS,转化拟南芥,GUS染色结果表明在Bn CP51启动子的驱动下,报告基因GUS仅在中期花蕾和花药中特异表达,在其他组织中不表达。

甘蓝型油菜BnTLP1基因的菌核病抗性研究

前期发现甘蓝型油菜类甜蛋白基因BnTLP1在菌核病抗性品种中的表达丰度高,为探究和解析其作用机制,通过叶片接种核盘菌,对拟南芥BnTLP1过表达转基因株系、野生型对照和突变体tlp1-1之间的抗菌核病效果进行分析。结果表明:过表达BnTLP1拟南芥的病斑面积显著小于野生型对照,而tlp1-1病斑扩展大于对照,即BnTLP1正调控菌核病抗性。亚细胞定位表明BnTLP1定位于细胞膜和细胞核,暗示其不仅在细胞膜发挥抑菌功能,而且在核内行使其它功能。不同防御反应信号通路的标志基因表达分析表明,茉莉酸/乙烯途径可能在早期参与了BnTLP1介导的菌核病抗性。

不同菌核病抗性甘蓝型油菜中BnVRN2基因的克隆与表达

为了探索甘蓝型油菜开花期与菌核病抗性的关系,以甘蓝型油菜M083(抗病、晚花)和888-5(感病、早花)品系为材料对开花相关基因Bn VRN2进行克隆;对2个品系中Bn VRN2序列差异及核盘菌诱导前后的表达水平差异进行分析。结果显示,在甘蓝型油菜中Bn VRN2基因存在2个拷贝,分别命名为Bn VRN2a(位于A8染色体)和Bn VRN2b(位于C8染色体),Bn VRN2a在抗/感品系中存在序列差异,而Bn VRN2b则不存在。Bn VRN2a在M083和888-5中的CDS全长分别为1 278bp、1 284bp,分别编码425、427个氨基酸残基;2个品系中Bn VRN2a基因的CDS序列存在着12个SNP变异位点以及一个6bp的插入/缺失片段;核苷酸序列的差异导致了蛋白质序列7个氨基酸的改变,且第100位氨基酸变异存在于两者的锌指结构域中。Bn VRN2a基因在菌核病诱导前后,在M083和888-5中的表达水平都存在差异,初步推测该基因在甘蓝型油菜开花相关途径和菌核病防御反应中都起到一定的作用。

芸薹属AC基因组中VIT基因家族的鉴定与进化

为了解液泡铁离子转运蛋白(vacuolar iron transporter,VIT)编码基因在芸薹属作物中的进化关系,在已完成的拟南芥、白菜、甘蓝以及甘蓝型油菜全基因组测序基础上,利用HMMER软件根据VIT保守的结构域对拟南芥、白菜、甘蓝和甘蓝型油菜全基因组的蛋白质序列进行同源检索,在四个物种中分别鉴定得到了9个、13个、12个和14个VIT候选基因;并且系统发育分析显示,VIT基因家族在四个物种可分为3类。VIT基因的启动子区域富含LTRE、ABRE、MYC、MYB和W-box等逆境应答相关顺式作用元件。蛋白质特性分析结果表明VIT结构域中具有多个保守的疏水氨基酸位点。表达谱分析显示所有VIT基因在所选取的组织中都有不同程度的表达。同时,线性对应的同源基因表达模式既有相似之处,又存在分化,而串联重复基因簇表达模式基本一致。

油菜抗菌肽基因BnLTP1的克隆表达及活性

为研究转脂蛋白(lipid transfer protein,LTP)作为抗菌肽在油菜防御反应中的作用,利用生物信息学的方法,从油菜中筛选获得了一个转脂蛋白类抗菌肽基因,命名为Bn LTP1。Bn LTP1基因长度为93bp,编码31个氨基酸残基。抗菌肽Bn LTP1分子量约为3.4k Da,其序列中的4个半胱氨酸形成两个分子内二硫键,对于稳定抗菌肽的结构起到至关重要的作用。通过overlap PCR的方法对该基因进行体外人工合成,并克隆到p ET30a/His-EDDIEGFP表达载体上进行体外原核表达。抑菌活性实验检测发现,Bn LTP1对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和酵母菌都有较强的抑菌活性;对植物病原真菌(核盘菌、灰霉菌和稻瘟病菌)等也具有抑菌活性。

抗菌肽基因BnPCD842895克隆表达及活性检测

为寻找新型植物抗菌肽,通过生物信息学的手段在全基因组范围内进行油菜抗菌肽基因的预测和分析,初步筛选出与已知抗菌肽具有类似序列结构特征的候选基因BnPCD842895。BnPCD842895基因长度为189bp,编码48个氨基酸,通过overlap PCR方法,将合成的抗菌肽基因克隆到pET30a-EDDIE-GFP表达载体上。将大肠杆菌中表达得到的包涵体融合蛋白在体外复性,并通过融合蛋白EDDIE的自我剪切,从而获得不增加任何多余氨基酸的抗菌肽产物。抑菌活性检测结果表明BnPCD842895对革兰氏阳性菌和阴性菌都具有较强的抑菌活性。

甘蓝型油菜RabGDI3基因启动子的克隆和功能验证

以甘蓝型油菜(Brassica napus L.)基因组DNA为模板扩增获得BnRabGDI3基因翻译起始位点上游2 064bp的启动子序列。在线预测分析发现该启动子序列中有很多花药特异表达元件。将克隆得到的BnRabGDI3启动子取代pBI121中的CaMV35S启动子,构建BnRabGDI3启动子驱动报告基因gus表达的双元载体pBnRabG-DI3::GUS,并用根癌农杆菌介导法转化拟南芥。对获得的含有报告基因gus的6个转基因株系进行GUS活性分析。结果表明,在BnRabGDI3启动子的驱动下,报告基因gus仅在花药中特异表达。花药的冰冻切片显示gus仅在花药发育的第11到13期有表达,在花药的双核和三核期小孢子细胞中表达量最高。实验结果暗示BnRabGDI3基因可能与小孢子的发育相关。

甘蓝型油菜作图群体亲本基因组及性状QTL密集区变异特点

为了解作图群体亲本间基因组和密集QTL区的遗传变异,促进QTL定位与克隆,本研究对一个甘蓝型油菜(Brassica napus)重组自交系(recombinant lnbred lines,RIL)群体双亲M083和888-5(二者株高、分枝数、开花时间、菌核病抗性等性状差异显著)的基因组进行深度测序和分析。研究结果表明:在M083和888-5中分别检测到SNP个数为1 941 397和2 046 009,In Del个数为410 961和428 572,结构变异个数为90 384和88 456,拷贝数变异个数为46 655和46 008。对包含开花时间、菌核病抗性、株高等多个性状主效QTL密集的A02染色体进行分析发现,在包括上述性状QTL密集的6.4~6.9Mb的0~8.5Mb基因组区间内,两品系SNPs和In Dels变异数量/密度总体呈相反的趋势;片段丢失也有热点区,888-5和M083均在两个共同区域高频发生,其中一个为QTL密集区;倒位在染色体上的分布虽然也是不均匀的,但两品种间发生区域不同,且与QTL无关。本文关于基因组变异(SNPs、In Dels、除倒位外的结构变异)热点区和QTL密集区重复的结论对性状控制位点精细定位、基因克隆及育种亲本选择有一定的指导意义。

鲤科鱼类系统进化过程中SINEs的插入事件

短散在核重复序列(SINEs)是真核生物基因组内的移动元件,已被广泛应用于系统发育研究。文中报道了用SINE的插入事件和细胞色素b基因来研究鲤科鱼类的进化.结果显示:细胞色素b基因和SINEs插入事件在大的鲤科鱼类分类上都支持形态学的分类结果,将整个鲤科鱼类分为雅罗鱼系和鲃系;两种分子标记所获结果的不同之处在于野鲮亚科的进化地位.SINEs插入事件的分析结果显示该亚科的进化地位比较原始,而细胞色素b序列的结果则显示其相对较晚的进化起源.尽管在该研究中分析的物种较少,但为SINEs在鲤科鱼类插入事件的研究提供了基础.

甘蓝型油菜类甜蛋白激酶BnTLK1与真菌病害抗性相关

类甜蛋白(thaumatin-likeprotein,TLP)是病程相关蛋白第5家族蛋白,在部分物种中发现有的TLP蛋白C端融合了激酶结构域。为探讨该类融合基因在植物与病原菌互作中的作用,通过生物信息学方法在甘蓝型油菜中鉴定到一个N端具有TLP结构域,C端为富含丝氨酸苏氨酸受体类激酶结构域的基因(BnTLK1)并成功克隆该基因。序列分析表明BnTLK1第254至276个氨基酸具有典型的跨膜结构,三级结构形成两个明显独立的TLP和激酶结构域。转录组数据显示,该基因在多个组织中表达丰度较低,此外,相比于菌核病感病品种Westar,高抗品种ZY821中其表达丰度较高,且核盘菌诱导后表达明显上调,表明该基因可能参与油菜抗菌核病过程。为了验证BnTLK1对核盘菌等真菌的影响,通过原核表达系统成功表达BnTLK1蛋白,在0.4 mmol/LIPTG和17℃低温条件下诱导培养,最终获得BnTLK1可溶性蛋白,抑菌实验发现BnTLK1能够抑制核盘菌和灰霉菌丝的生长。

一种四倍体鲤科鱼Sox基因的克隆和序列分析

为了研究重要功能基因在多倍体基因组中的演化情况,通过分子克隆的方法从四倍体大鳞结鱼(Tordouronensis)中获得13条Sox基因序列,分别为SoxB,SoxC和SoxE组成员.对大鳞结鱼Sox基因系统进化分析的结果支持鱼类特异的基因组重复的假说,同时表明,基因Sox19可能为真骨鱼特有的Sox基因家族成员.序列分析显示,与其他物种相比大鳞结鱼中Sox基因的碱基替代,绝大多数为同义替代.结果表明,所得到的Sox基因序列均受到净化选择,同时由多倍化所造成的重复基因对Sox4a,Sox9a和Sox9b受到相同的净化选择压力.根据基因Sox9a和Sox9b重复基因对间内含子序列长度和相似性的差异推测大鳞结鱼可能为异源四倍体.

中华猕猴桃基因组可变剪接事件鉴定及分析

可变剪接使一个基因能产生多种m RNA成熟体,极大地增加蛋白多样性.采用中华猕猴桃基因组数据做参考数据,利用中华猕猴桃叶片和果实3个不同发育时期(未成熟、半成熟和成熟期)的转录组数据,从中华猕猴桃基因组(39040个基因)中共鉴定出11651个基因(占总基因数的29%)对应的32180个可变剪接事件.在可变剪接不同类型中,内含子保留类型的发生频率最高,占50%以上;3′可变位点类型频率约为5′端可变类型的2倍.GO富集分析结果表明,可变剪接的基因主要富集于酶调控及核苷酸结合相关功能的GO类别中,而组织特有可变剪接基因功能富集热点与组织的重要功能关联,叶片多为肌动蛋白及微管相关;未成熟果实与双组分信号系统相关;半成熟果实多与磷脂合成过程相关;成熟果实多与信号传递过程相关.另外,55.6%的维生素合成相关基因发生可变剪接事件,显著高于基因组水平的29.6%,暗示着可变剪接参与维生素合成相关基因代谢过程中的重要作用.通过对中华猕猴桃全基因组可变剪接的分析,为解析中华猕猴桃基因组及进一步开展相关分子育种工作提供依据.