12月11日，Molecular Plant在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)油菜團隊和生物信息團隊合作完成的題為“Genome- and Transcriptome-Wide Association Studies Provide Insights into the Genetic Basis of Natural Variation of Seed Oil Content in Brassica napus”的研究論文。該研究在油菜籽粒含油量遺傳基礎(chǔ)解析，新基因挖掘和油脂合成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等方面取得新進展。
甘藍型油菜是世界上第三大植物油來源，其產(chǎn)量約占全球食用油產(chǎn)量的13%。油菜籽粒含油量是油菜重要的性狀之一，籽粒含油量的遺傳機理解析對于高含油量品種的選育以及滿足我國不斷增長的食用油需求具有重要意義。近年來群體轉(zhuǎn)錄組分析在關(guān)聯(lián)群體中的應(yīng)用為“后關(guān)聯(lián)分析時代”的研究提供了新思路。
群體結(jié)構(gòu)，油菜籽粒含油量QTL定位，QTL效應(yīng)以及受選擇分析
研究利用505份甘藍型油菜群體的基因組重測序數(shù)據(jù)以及從中選擇的309份代表性材料種子發(fā)育中兩個時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）和全轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析（TWAS）等方法對油菜籽粒含油量的遺傳基礎(chǔ)進行了系統(tǒng)解析。
研究中獲得了505份甘藍型油菜自交系共1.7Tb的重測序數(shù)據(jù)（平均每個品種覆蓋度9倍），最終鑒定出10,620,048個變異位點，結(jié)合關(guān)聯(lián)群體多年多點的含油量性狀，利用GWAS分析定位了27個高可信的含油量QTL位點，并對含油量QTL在不同環(huán)境中的效應(yīng)進行了評估。進一步利用TWAS分析鑒定了600多個與含油量顯著關(guān)聯(lián)的候選基因，這些基因編碼的蛋白主要參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、脂質(zhì)代謝和次生代謝等。通過基因共表達分析鑒定到了4個基因模塊與含油量顯著相關(guān)。
發(fā)育40天油菜籽粒含油量相關(guān)基因，基因模塊，基因表達量-QTL網(wǎng)絡(luò)
由于作物中連鎖不平衡區(qū)間較大，QTL區(qū)間受到育種選擇以及基因功能注釋信息較為缺乏等因素影響，通過GWAS分析克隆基因還較為困難。為預(yù)測含油量QTL區(qū)間候選基因，該研究基于多組學(xué)數(shù)據(jù)，整合GWAS結(jié)果、變異效應(yīng)、TWAS結(jié)果、eQTL信息、單倍型效應(yīng)以及基于機器學(xué)習(xí)方法的基因功能預(yù)測打分，開發(fā)了POCKET算法，用于QTL區(qū)間候選基因排序。最終在qOC.A05.3和qOC.C05.3區(qū)間預(yù)測BnaA05.PMT6和BnaC05.PMT6為兩個QTL的候選基因。BnPMT6轉(zhuǎn)基因油菜的含油量結(jié)果表明BnPMT6負(fù)調(diào)控油菜含油量與預(yù)測結(jié)果一致，基因表達分析暗示BnPMT6可能受到LEC1和FUS3兩個油脂合成關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。該研究解析了油菜油脂合成的遺傳基礎(chǔ)，克隆了兩個調(diào)控含油量的新基因，研究結(jié)果對解析油脂合成的機制和油菜含油量遺傳改良均具有重要意義。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生唐珊、趙虎為論文共同第一作者，郭亮教授和謝為博教授為共同通訊作者。我校周永明教授、楊慶勇副教授，密蘇里大學(xué)圣路易斯分校王學(xué)敏教授以及新加坡南洋理工大學(xué)馬威教授參與了該研究。該研究得到了國家重點研發(fā)計和國家自然科學(xué)基金的資助。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205220304342
行業(yè)：
魯公網(wǎng)安備 37060202000128號
