PBJ表型组学结合全基因组关联分析揭

油菜(BrassicanapusL.,AACC,2n=38)作为全球第二大油料作物,在加拿大、澳大利亚、中国以及欧洲均有广泛种植。其产品用途广泛,一方面是重要食品和工业原料来源,另一方面也可以作为一种环境友好型的可再生能源。

在农业、生物学和医学等研究中,经常遇到目标性状值呈动态变化的资料,这类表型值随着时空变化而变化的性状称为动态性状。常见的QTL定位研究,采取的是静态QTL定位的策略,它只能估计各QTL在某观察时期的累积效应,无法获得QTL表达动态的信息。因此,开展动态性状QTL分析才能真正揭示基因的动态表达特性及其对数量性状形成的作用机理,加深对数量性状发育遗传规律的理解。迄今为止,许多学者运用动态定位对作物的一些性状进行了分析,这些研究中定位到的QTL只有极少的QTL能够在作物发育的每个时期都被检测到,这也表明基因的表达与发育阶段紧密相关,在时空上存在明显的差异。

之前的研究也表明,与拟南芥、大麦、棉花类似,油菜的株高性状也同样受到动态的QTL的调控。尽管如此,在油菜中对动态变化的其他性状,例如生物量和生长相关性状进行多时间点的遗传基础分析的报道目前为止还较少。

年5月25日,PlantBiotechnologyJournal在线发表了来自德国莱布尼茨植物遗传学和作物植物研究所题为”StrongtemporaldynamicsofQTLactiononplantgrowthprogressionrevealedthroughhigh-throughputphenotypingincanola”的研究论文。文章结合高通量表型组学技术和全基因组关联分析,阐述了高时空分辨率下油菜基因型和表型之间的关系。

作者首先对实验材料群体进行高通量的non-invasive表型鉴定,在相当密集的时间点内对作物早期生长发育相关的性状,包括预测生物量、投影叶面积、早期株高等进行采集。与此同时,利用Infinium60k芯片对群体材料进行SNP及CNV的挖掘和分型,最终得到16,个高质量的标记用于全基因组关联分析。

图1利用SNP和CNV对份油菜品种进行主成分分析

利用时间点数据和相对生长率检测到了多个与生物量以及相关性状的关联位点,并筛选到一批候选基因。

图2鉴定到的与生物量相关的遗传位点

通过研究,作者发现早期植物的生长状态是一个非常复杂的性状,受到几个中等和许多微效基因座的控制,它们中间的大多数只在很短的时期内起作用,呈现出明显的动态变化的趋势。文章强调,在揭示影响生长相关基因的功能时,应充分考虑到等位基因作用的时间特异性。

图3性状与标记之间的动态关联

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