全基因組關聯分析

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經典案例

陸地棉核心種質重測序鑒定基因組變異與纖維品種和產量相關的基因位點

Resequencing a core collection of upland cotton identifies genomic variation and loci influencing fiber quality and yield

期刊:Nature Genetics
影響因子:25.46
發表單位:河北農業大學、中國農科院棉花研究所、諾禾致源
發表時間:2018年5月

研究背景

棉花是重要的經濟作物之一,其中陸地棉(Gossypium hirsutum)是最廣泛種植的栽培品種。對陸地棉核心種質的基因組變異分析有助于有效利用這些多樣性資源,進一步改善陸地棉的纖維品質,提高產量。

二、方法流程

取材

419份棉花核心種質

建庫

350 bp 文庫

測序

測序平臺:Illumina HiSeq
測序深度:平均6.55×

分析

1. 變異檢測
2. GWAS
3. 轉錄組

研究結果

1. 棉花核心種質的基因組變異與群體結構

研究共檢測到3.7 Mb SNPs,系統進化樹、PCA和群體結構分析表明,419份棉花分為3個亞群(G1、G2、G3),且陸地棉栽培種總體上具有相對較低的遺傳多樣性。

2. 13個纖維相關性狀的全基因組關聯分析

GWAS共檢測到11026個顯著關聯的SNP、4820個相關基因。轉錄組分析表明,有3089個基因有較高表達,可分為四種模式,分別在發育起始、細胞延伸和次生壁合成階段優先表達,另一種模式在所有或部分纖維發育階段保持高表達水平。

3. 開花和纖維發育起始相關基因挖掘

25.56~25.60 Mb位點間包含兩個候選基因(Gh_D03G0728 Gh_D03G0729),Gh_D03G0728 編碼 COP1-互作蛋白1(CIP1)。25.21~25.22 Mb 位點包含兩個候選基因(Gh_D03G0717 Gh_D03G0718),Gh_D03G0718 編碼泛素結合酶(GhUCE)。基于實驗驗證,推測 GhCIP1 和 GhUCE 是棉花中促進開花和纖維發育起始的新基因。

4. 纖維長度、韌性和棉絨相關基因的挖掘

At10 位點內的基因 Gh_A10G1256(命名為GhFL1)被認為是一種新的纖維延伸相關基因。Dt11 區域鑒定到 GhFL2 是一種控制纖維伸長的新基因。Gh_A07G1769 編碼基因被推斷為控制棉花纖維強度的基因。而 Gh_D02G0025 可能通過不同的激素信號通路參與纖維起始和快速伸長,并決定棉絨量。

5. 顯著關聯位點的馴化選擇

在7383個顯著關聯 SNP 中,有5753個優異等位基因(FEA)。FEA 在野生品種到早期品種的馴化過程和早期到現代品種的選擇過程中都有增長。這些結果表明,對重要經濟性狀的表型選擇使優異等位基因被保留,并為馴化和育種提供了分子依據。

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研究結論

本研究利用全基因組重測序對419份棉花核心種質的13個纖維相關性狀進行 GWAS 分析,鑒定出了與開花時間、纖維長度和纖維強度有關的新基因,并且發現棉花馴化和育種過程中對纖維相關性狀的表型選擇增加了優異等位基因的頻率。該研究成果將為分子標記選擇和棉花遺傳改良提供可靠的分子靶標。

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