蔬菜基因定位經典案例解析【文獻原文下載】

案例一
SLAF-圖譜+SLAF-BSA聯合解析無參物種豌豆葉形性狀遺傳位點

英文題目:QTL Mapping Combined With Bulked Segregant Analysis Identify SNP Markers Linked to Leaf Shape Traits in?Pisum?sativum?Using SLAF Sequencing

雜志:Frontiers in Genetics

合作單位:浙江省農科院等

葉形是影響豌豆光合利用率與產量質量的重要農藝性狀,本研究聯合運用SLAF-seq高密度遺傳圖譜與SLAF-BSA兩種方法快速挖掘葉形性狀遺傳位點。利用145個F2單株構建SLAF-遺傳圖譜,7146個上圖標簽, 總圖距1120.81cM,平均圖譜為 0.16cM。結合F2代表型數據利用此圖譜共挖掘到兩個葉形QTL(qLeaf_or-1, qLeaf_or-2),并進一步運用SLAF-BSA的方法驗證到這兩個位點與葉形性狀緊密關聯,并檢測到許多其他與葉形性狀關聯的分子標記。此外,利用這些SLAF標簽序列與蒺藜苜蓿、鷹嘴豆、大豆基因組進行近緣物種共線性分析,發現無參物種豌豆與蒺藜苜蓿更為相近。因此,本研究證明SLAF-遺傳圖譜和SLAF-BSA聯合分析是一種可用于無參物種重要性狀遺傳位點解析的經濟、準確、高效的方法。

圖1 葉形性狀關聯QTL與SLAF標簽

——案例2——
SLAF-遺傳圖譜挖掘黃瓜廣譜抗性基因STAYGREEN

英文題目:STAYGREEN,STAY HEALTHY: a loss-of-susceptibility mutation in the STAYGREEN gene provides durable, broad-spectrum disease resistances for over 50 years of US cucumber production
雜志:New Phytologist
合作單位:威斯康星大學園藝系,河北農林科學院,北京農林科學院

黃瓜Gy14對霜霉病、細菌性角斑病及真菌性炭疽病等均表現抗病性,然而黃瓜這一廣譜性抗病能力背后的分子遺傳基礎尚不清楚。本研究利用百邁客SLAF-遺傳圖譜并結合圖位克隆與局部關聯分析的方法,成功定位到一個黃瓜廣譜抗性基因SGR,然而前人研究已經表明SGR編碼鎂離子去螯合酶,參與葉綠素降解途徑,是一個在植物中高度保守的基因;但是本研究發現在CsSGR編碼區存在一個非同義SNP位點(氨基酸:Q108R),引起SGR domain區縮短的β-折疊片,導致葉綠素降解途徑相關基因在抗病與感病株系間的差異性表達,進而通過抑制葉綠素降解途徑中ROS與植物性毒素過量積累,從而實現黃瓜廣譜抗病的能力。這一研究發現高度保守基因CsSGR的新功能并將加速黃瓜育種進程。

圖2 dm1/psl位點圖位克隆與精細定位
注:a~c為精細定位過程,d為DNA序列比對,e為蛋白質序列比對

——案例3——
SLAF-BSA解析黃瓜耐水淹機制

英文題目:The major-effect QTL?CsARN6.1?encodes an AAA-ATPase domain-containing protein that is associated with waterlogging stress tolerance through promoting adventitious root formation
雜志:the Plant Journal
合作單位:揚州大學

下胚軸形成不定根是植物適應水淹脅迫的一種重要形態特征,然而,有關它的分子遺傳基礎仍舊是零散、不系統的。本研究利用SLAF-BSA結合SNP單體型分析與基因精細定位的方法,從一個主效QTL?ARN6.1中鑒定到一個候選基因,它能夠通過增加不定根的形成,增強黃瓜Zaoer-N耐漬能力。多組證據表明CsARN6.1ARN6.1最可能的候選基因,其編碼一個AAA-ATPase;淹水導致Zaoer-N不定根數目增加是由于這個基因編碼的蛋白中存在一個卷曲螺旋domain,其中一個非同義SNP變異導致氨基酸的替換,因而CsARN6.1通過調控ATPase活性來增加不定根數目。另有證據也表明,當CsARN6.1在擬南芥中異位表達時可促進生根以及側根發育。與野生型黃瓜相比,表達CsARN6.1Asp等位的轉基因黃瓜在淹水條件下具有顯著增加的不定根數目。總之,以上數據表明AAA-ATPase基因CsARN6.1在增加黃瓜不定根數目以及耐漬性方面具有重要功能。

圖3 SLAF-BSA分析與黃瓜ARN6.1位點精細定位

——案例4——
重測序遺傳圖譜挖掘西瓜果實性狀相關QTL
位點

英文題目:Construction of A High-Density Genetic Map and Mapping of Fruit Traits in Watermelon (Citrullus Lanatus?L.) Based on Whole-Genome Resequencing
雜志:International Journal of Molecular Sciences
合作單位:中國農科院鄭州果樹所

西瓜是重要的園藝作物,在全世界范圍內被廣泛種植,具有極高的經濟價值。為解析西瓜重要性狀遺傳位點并分析該物種的遺傳與基因組信息,本研究利用全基因組重測序技術對親本及RIL群體的126個株系測序,共檢測到178762個SNP標記,其中103,029?個SNP標記被劃歸為2132個重組bin,遺傳距離總長為1508.94 cM,?相鄰bin間的平均圖距為0.74 cM。基于這張圖譜結合表型數據,檢測到控制果實苦味,皮色與種皮顏色的3個主效QTL遺傳位點,具有較高的表型貢獻率。因此,西瓜遺傳圖譜的構建與遺傳位點的挖掘是候選基因定位,圖位克隆,比較基因組作圖以及分子標記輔助育種的有效方法與途徑。

圖4?西瓜果實性狀QTL定位

——案例5——
SLAF-BSA定位菠菜霜霉病抗病基因

英文題目:Fine mapping and candidate gene screening of the downy mildew resistance gene RPF1 in Spinach
雜志:Theoretical and Applied Genetics
合作單位:中國農科院蔬菜花卉所

菠菜霜霉病是全球性的一種致命性病害,而抗霜霉病基因的有效利用是病害防治的最根本而有效途徑,因此本研究對第一個報道的菠菜抗病基因RPF1精細定位。在研究中,作者利用菠菜抗霜霉病品種12S3和感病品種12S4,構建F2群體與BC1群體,并通過SLAF-seq對BC1群體的2個極端混池?(50+50)?測序,經過BSA分析得到Chr.3上1.72Mb的區間,此區間與之前SLAF-遺傳圖譜的定位結果一致;接著,利用此區間的SLAF標簽篩選重組單株,并將區域縮小到0.89?Mb;根據注釋信息發現這個區間存在14個抗性基因。為了鑒定到這個基因,作者又對2個抗病自交系與3個感病自交系重測序,通過序列比對,最終篩選到3個最可能的候選基因,而qRT-PCR分析發現其中的2個基因存在表達差異,這就暗示RPF1基因的確定近在眼前。然而這篇文章就到此為止了,但是作者還在做轉基因方面的驗證工作,相信會有突破性進展。

圖5??RPF1定位分析

? ? ? 此外值得一提的是,去年在BMC Genomics上有一篇文章就是利用的SLAF-遺傳圖譜+SLAF-BSA的方法定位了性別相關基因,沒錯,這兩篇文章用的是同一張SLAF-遺傳圖譜,讓我們期待作者利用這張圖譜挖掘到更多性狀的遺傳信息,并獲得突破性進展吧!

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今年我們基因定位研究合作的文章,如雨后春筍般地出現在各大知名期刊上。從今年年初到目前為止,基因定位相關文章發表數目累計50+,對此,我們十分感謝各位老師的支持與信任。

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