蔬菜基因定位经典案例解析【文献原文下载】

案例一
SLAF-图谱+SLAF-BSA联合解析无参物种豌豆叶形性状遗传位点

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

杂志:Frontiers in Genetics

合作单位:浙江省农科院等

叶形是影响豌豆光合利用率与产量质量的重要农艺性状,本研究联合运用SLAF-seq高密度遗传图谱与SLAF-BSA两种方法快速挖掘叶形性状遗传位点。利用145个F2单株构建SLAF-遗传图谱,7146个上图标签, 总图距1120.81cM,平均图谱为 0.16cM。结合F2代表型数据利用此图谱共挖掘到两个叶形QTL(qLeaf_or-1, qLeaf_or-2),并进一步运用SLAF-BSA的方法验证到这两个位点与叶形性状紧密关联,并检测到许多其他与叶形性状关联的分子标记。此外,利用这些SLAF标签序列与蒺藜苜蓿、鹰嘴豆、大豆基因组进行近缘物种共线性分析,发现无参物种豌豆与蒺藜苜蓿更为相近。因此,本研究证明SLAF-遗传图谱和SLAF-BSA联合分析是一种可用于无参物种重要性状遗传位点解析的经济、准确、高效的方法。

图1 叶形性状关联QTL与SLAF标签

——案例2——
SLAF-遗传图谱挖掘黄瓜广谱抗性基因STAYGREEN

英文题目: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
杂志:New Phytologist
合作单位:威斯康星大学园艺系,河北农林科学院,北京农林科学院

黄瓜Gy14对霜霉病、细菌性角斑病及真菌性炭疽病等均表现抗病性,然而黄瓜这一广谱性抗病能力背后的分子遗传基础尚不清楚。本研究利用百迈客SLAF-遗传图谱并结合图位克隆与局部关联分析的方法,成功定位到一个黄瓜广谱抗性基因SGR,然而前人研究已经表明SGR编码镁离子去螯合酶,参与叶绿素降解途径,是一个在植物中高度保守的基因;但是本研究发现在CsSGR编码区存在一个非同义SNP位点(氨基酸:Q108R),引起SGR domain区缩短的β-折叠片,导致叶绿素降解途径相关基因在抗病与感病株系间的差异性表达,进而通过抑制叶绿素降解途径中ROS与植物性毒素过量积累,从而实现黄瓜广谱抗病的能力。这一研究发现高度保守基因CsSGR的新功能并将加速黄瓜育种进程。

图2 dm1/psl位点图位克隆与精细定位
注:a~c为精细定位过程,d为DNA序列比对,e为蛋白质序列比对

——案例3——
SLAF-BSA解析黄瓜耐水淹机制

英文题目: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
杂志:the Plant Journal
合作单位:扬州大学

下胚轴形成不定根是植物适应水淹胁迫的一种重要形态特征,然而,有关它的分子遗传基础仍旧是零散、不系统的。本研究利用SLAF-BSA结合SNP单体型分析与基因精细定位的方法,从一个主效QTL ARN6.1中鉴定到一个候选基因,它能够通过增加不定根的形成,增强黄瓜Zaoer-N耐渍能力。多组证据表明CsARN6.1ARN6.1最可能的候选基因,其编码一个AAA-ATPase;淹水导致Zaoer-N不定根数目增加是由于这个基因编码的蛋白中存在一个卷曲螺旋domain,其中一个非同义SNP变异导致氨基酸的替换,因而CsARN6.1通过调控ATPase活性来增加不定根数目。另有证据也表明,当CsARN6.1在拟南芥中异位表达时可促进生根以及侧根发育。与野生型黄瓜相比,表达CsARN6.1Asp等位的转基因黄瓜在淹水条件下具有显著增加的不定根数目。总之,以上数据表明AAA-ATPase基因CsARN6.1在增加黄瓜不定根数目以及耐渍性方面具有重要功能。

图3 SLAF-BSA分析与黄瓜ARN6.1位点精细定位

——案例4——
重测序遗传图谱挖掘西瓜果实性状相关QTL
位点

英文题目:Construction of A High-Density Genetic Map and Mapping of Fruit Traits in Watermelon (Citrullus Lanatus L.) Based on Whole-Genome Resequencing
杂志:International Journal of Molecular Sciences
合作单位:中国农科院郑州果树所

西瓜是重要的园艺作物,在全世界范围内被广泛种植,具有极高的经济价值。为解析西瓜重要性状遗传位点并分析该物种的遗传与基因组信息,本研究利用全基因组重测序技术对亲本及RIL群体的126个株系测序,共检测到178762个SNP标记,其中103,029 个SNP标记被划归为2132个重组bin,遗传距离总长为1508.94 cM, 相邻bin间的平均图距为0.74 cM。基于这张图谱结合表型数据,检测到控制果实苦味,皮色与种皮颜色的3个主效QTL遗传位点,具有较高的表型贡献率。因此,西瓜遗传图谱的构建与遗传位点的挖掘是候选基因定位,图位克隆,比较基因组作图以及分子标记辅助育种的有效方法与途径。

图4 西瓜果实性状QTL定位

——案例5——
SLAF-BSA定位菠菜霜霉病抗病基因

英文题目:Fine mapping and candidate gene screening of the downy mildew resistance gene RPF1 in Spinach
杂志:Theoretical and Applied Genetics
合作单位:中国农科院蔬菜花卉所

菠菜霜霉病是全球性的一种致命性病害,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径,因此本研究对第一个报道的菠菜抗病基因RPF1精细定位。在研究中,作者利用菠菜抗霜霉病品种12S3和感病品种12S4,构建F2群体与BC1群体,并通过SLAF-seq对BC1群体的2个极端混池 (50+50) 测序,经过BSA分析得到Chr.3上1.72Mb的区间,此区间与之前SLAF-遗传图谱的定位结果一致;接着,利用此区间的SLAF标签筛选重组单株,并将区域缩小到0.89 Mb;根据注释信息发现这个区间存在14个抗性基因。为了鉴定到这个基因,作者又对2个抗病自交系与3个感病自交系重测序,通过序列比对,最终筛选到3个最可能的候选基因,而qRT-PCR分析发现其中的2个基因存在表达差异,这就暗示RPF1基因的确定近在眼前。然而这篇文章就到此为止了,但是作者还在做转基因方面的验证工作,相信会有突破性进展。

图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-遗传图谱+SLAF-BSA的方法定位了性别相关基因,没错,这两篇文章用的是同一张SLAF-遗传图谱,让我们期待作者利用这张图谱挖掘到更多性状的遗传信息,并获得突破性进展吧!

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今年我们基因定位研究合作的文章,如雨后春笋般地出现在各大知名期刊上。从今年年初到目前为止,基因定位相关文章发表数目累计50+,对此,我们十分感谢各位老师的支持与信任。

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