PEG胁迫下春麦根部性状全基因组关联分析

小麦是多数国家重要口粮作物之一,干旱严重影响小麦的生长发育和产量。为挖掘与小麦根部性状抗旱性相关的SNP位点及候选基因,本研究以183份新疆春小麦自然群体为材料,使用20%PEG-6000溶液和正常营养液进行苗期抗旱水培试验,对总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根鲜重、根干重、根尖数和最长根长等8个小麦根部性状的测定值进行统计分析,对根部性状的抗旱系数进行相关性分析,并结合55K基因芯片对根部性状的抗旱系数进行混合线性模型(Q+K)的全基因组关联分析。研究结果表明,正常培养下,8个根部性状变异系数为17.81%~70.71%,PEG胁迫处理下,8个根部性状变异系数为20.01%~61.62%。小麦根部性状抗旱系数的相关性分析结果表明,根平均直径抗旱系数与总根长抗旱系数、根尖数抗旱系数和最长根长抗旱系数呈极显著负相关,总根长抗旱系数与根表面积抗旱系数的相关系数最大,为0.74。全基因组关联分析结果显示,共定位到54个与根部抗旱性状相关的SNP位点(P≤0.001),单个位点可解释表型变异范围为6.18%~18.74%,分布在除3B、3D、5D、6D和7D外的16条染色体上。共检测到多效位点6个,分别位于1A、5A、7A、1B、5B和2D染色体上,可解释6.55%~18.74%的表型变异。其中,位于5A染色体上的AX-110482078~AX-110400975与根尖数、根体积和最长根长显著关联,贡献率为8.74%~15.44%。对显著关联的54个位点进行候选基因预测,获得TraesCS4A01G424000、TraesCS6A01G047200、TraesCS5B01G056600等9个可能与小麦根部性状抗旱性相关的基因,这些基因可能通过调控转脂蛋白、过氧化物酶、MYB转录因子等参与小麦逆境生理调控。

棉花苗期耐盐相关性状QTL元分析

为挖掘控制棉花苗期耐盐的重要数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),利用BioMercator V4.2.3软件,以棉花高密度遗传连锁图谱作为参考,对来自3个作图群体涉及19个性状的194个QTLs进行图谱整合、映射以及QTL元分析。结果表明,通过建立棉花苗期耐盐相关性状一致性图谱,共挖掘出11个一致性QTL(meta quantitative trait loci,MQTL)位点,各MQTL至少包含3个原始QTLs,置信区间最短缩小至0.92 cM,分布于A03、A06、A11、A12、A13、D01、D03、D06、D07和D08共10条染色体上。通过对A11染色体上MQTL区间进行候选基因预测,挖掘到14个与棉花苗期耐盐相关的候选基因,为棉花苗期耐盐相关性状精细定位及分子辅助选择育种提供理论依据。

干旱胁迫下小麦苗期根系性状的全基因组关联分析

研究小麦根系在干旱逆境下的形态特征和遗传机制是提升小麦抗旱能力并获得稳产的基础。本研究以300份国内外小麦品种(系)为材料,苗期采用PEG-6000模拟干旱胁迫对小麦根系的最长根长、根总长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根干重等8个性状进行表型鉴定,结合90K SNP芯片对8个性状的抗旱系数进行全基因组关联分析,并对稳定遗传的显著关联位点进行候选基因的挖掘。研究结果表明,干旱胁迫下小麦品种(系)的根系性状表现出丰富的表型变异,变异系数为0.17~0.58,全基因组多态信息量变异范围为0.01~0.38,LD衰减距离为7 Mb。群体结构分析表明,供试材料分为3个亚群。GWAS分析显示,共检测到与8个根系性状显著关联的41个SNP位点,单个遗传位点可解释3.91%~8.04%的表型变异。同时在两个及两个以上的性状中发现显著关联位点13个,其中Tdurum_contig71499_211(5A)、GENE-1743_858(3B)、Tdurum_contig28552_211(5B)3个位点与4~5个性状显著关联,分别能解释遗传变异的4.12%~5.37%、5.77%~6.70%、4.10%~5.22%。对41个稳定遗传的显著关联位点进行候选基因的挖掘,共筛选到11个与小麦抗旱性相关的候选基因。这些基因与半胱氨酸受体激酶、丝氨酸蛋白激酶等有关,可作为抗旱性重要候选基因。

海岛棉GbHCT14基因启动子克隆及上游调控因子筛选

为探究GbHCT14基因CDS区及启动子序列在棉花纤维发育中的作用,通过中国农业科学院棉花研究所数据库检索到GbHCT14基因CDS区及上游非编码区-2000 bp片段序列,克隆CDS区及启动子,并检测启动子活性。构建cDNA文库,利用酵母单杂交技术筛选阳性克隆,获得候选转录因子,并进行生物信息学分析。结果表明:1)GbHCT14基因的CDS区全长1144 bp,其翻译产物为亲水性稳定蛋白,预测定位在叶绿体,没有信号肽以及跨膜结构域。2)GbHCT14基因启动子预测到5个MYB结合位点参与植物苯丙烷代谢途径的调节,1个TCA-element参与水杨酸调节,6个ABA响应元件。3)GbHCT14启动子能够驱动GUS蛋白表达,具有启动活性。4)酵母单杂交初步筛选出16个候选基因,包括Gbar_D01G020710、Gbar_A09G017360、Gbar_A09G009680、Gbar_A11G003660、Gbar_A12G004430、Gbar_D04G021210、GbM_D09G1212、GbM_A11G0186、GbM_A03G0171、GbM_A09G1247、GbM_D10G0411、GbM_D10G1024、GbM_D02G1379、GbM_A11G1190、GbM_D12G0471和genome_Gbar-ZJU_D08。利用生物信息学分析预测表明,上述候选基因参与棉花纤维细胞壁的伸长、泛素化反应、细胞分裂、花发育以及果实成熟的过程,其中GbM_A09G1247与WAK2为相似基因,WAK2功能蛋白与果胶结合后促进细胞壁的伸长,而HCT家族基因则是影响果胶合成的关键因素之一。5)GbHCT14和WAK2基因在棉花开花后25 d内高表达,两者在棉花纤维发育调控存在相关性。综上,GbHCT14基因CDS区及启动子序列为首次获得,GbHCT14基因启动子具有启动活性,并且筛选到与裂合酶、转移酶、植物激素、质子泵和功能蛋白相关的16个上游调控的候选转录因子。