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      我校油菜團隊揭示油菜籽粒含油量自然變異的遺傳基礎
      發布時間:2020-12-15

      12月11日,Molecular Plant在線發表了我校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解析,新基因挖掘和油脂合成調控網絡等方面取得新進展。

      甘藍型油菜是世界上第三大植物油來源,其產量約占全球食用油產量的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。近年來群體轉錄組分析在關聯群體中的應用為“后關聯分析時代”的研究提供了新思路。

      群體結構,油菜籽粒含油量QTL定位,QTL效應以及受選擇分析

      群體結構,油菜籽粒含油量QTL定位,QTL效應以及受選擇分析

      研究利用505份甘藍型油菜群體的基因組重測序數據以及從中選擇的309份代表性材料種子發育中兩個時期的轉錄組數據,通過全基因組關聯分析(GWAS)和全轉錄組關聯分析(TWAS)等方法對油菜籽粒含油量的遺傳基礎進行了系統解析。

      研究中獲得了505份甘藍型油菜自交系共1.7Tb的重測序數據(平均每個品種覆蓋度9倍),最終鑒定出10,620,048個變異位點,結合關聯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在不同環境中的效應進行了評估。進一步利用TWAS分析鑒定了600多個與含油量顯著關聯的候選基因,這些基因編碼的蛋白主要參與轉錄調控、脂質代謝和次生代謝等。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。

      發育40天油菜籽粒含油量相關基因,基因模塊,基因表達量-QTL網絡

      發育40天油菜籽粒含油量相關基因,基因模塊,基因表達量-QTL網絡

      由于作物中連鎖不平衡區間較大,QTL區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。為預測含油量QTL區間候選基因,該研究基于多組學數據,整合GWAS結果、變異效應、TWAS結果、eQTL信息、單倍型效應以及基于機器學習方法的基因功能預測打分,開發了POCKET算法,用于QTL區間候選基因排序。最終在qOC.A05.3和qOC.C05.3區間預測BnaA05.PMT6和BnaC05.PMT6為兩個QTL的候選基因。BnPMT6轉基因油菜的含油量結果表明BnPMT6負調控油菜含油量與預測結果一致,基因表達分析暗示BnPMT6可能受到LEC1和FUS3兩個油脂合成關鍵轉錄因子的調控。該研究解析了油菜油脂合成的遺傳基礎,克隆了兩個調控含油量的新基因,研究結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。

      我校植物科學技術學院博士研究生唐珊、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,密蘇里大學圣路易斯分校王學敏教授以及新加坡南洋理工大學馬威教授參與了該研究。該研究得到了國家重點研發計和國家自然科學基金的資助。

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