12月11日，Molecular Plant在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)油菜團(tuán)隊(duì)和生物信息團(tuán)隊(duì)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(jìn)展。
甘藍(lán)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(jī)理解析對(duì)于高含油量品種的選育以及滿足我國(guó)不斷增長(zhǎng)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(shí)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(lán)型油菜群體的基因組重測(cè)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(gè)時(shí)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(duì)油菜籽粒含油量的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了系統(tǒng)解析。
研究中獲得了505份甘藍(lán)型油菜自交系共1.7Tb的重測(cè)序數(shù)據(jù)（平均每個(gè)品種覆蓋度9倍），最終鑒定出10,620,048個(gè)變異位點(diǎn)，結(jié)合關(guān)聯(lián)群體多年多點(diǎn)的含油量性狀，利用GWAS分析定位了27個(gè)高可信的含油量QTL位點(diǎn)，并對(duì)含油量QTL在不同環(huán)境中的效應(yīng)進(jìn)行了評(píng)估。進(jìn)一步利用TWAS分析鑒定了600多個(gè)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(dá)分析鑒定到了4個(gè)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(dá)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(cè)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(jī)器學(xué)習(xí)方法的基因功能預(yù)測(cè)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(cè)BnaA05.PMT6和BnaC05.PMT6為兩個(gè)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(cè)結(jié)果一致，基因表達(dá)分析暗示BnPMT6可能受到LEC1和FUS3兩個(gè)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(gè)調(diào)控含油量的新基因，研究結(jié)果對(duì)解析油脂合成的機(jī)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205220304342
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