甘藍(lán)型油菜幼苗期鎘積累性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析.pdf

1、鎘是對人類健康有害的重金屬，日益加劇的耕地重金屬污染問題對世界農(nóng)業(yè)發(fā)展和人類食品安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。甘藍(lán)型油菜已經(jīng)發(fā)展成為集油用、能源、菜用、飼用、綠肥、蜜源和觀花于一身的多功能作物，選育低積累或超富集的油菜品種對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均有重要價值。近年來，全基因組關(guān)聯(lián)分析和轉(zhuǎn)錄組分析在農(nóng)作物重要性狀的遺傳研究和農(nóng)藝性狀相關(guān)基因的挖掘中成功運用。本研究評估了419份不同甘藍(lán)型油菜品種幼苗期的鎘積累性狀，采用全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定與鎘積累相關(guān)的SNP位點

2、，篩選相關(guān)候選基因。應(yīng)用RNA-seq方法對白菜型油菜、甘藍(lán)以及合成的新型甘藍(lán)型油菜在鎘脅迫后基因表達(dá)差異進(jìn)行分析，和GWAS進(jìn)行比對和相互驗證，挖掘可能和鎘積累相關(guān)的候選基因。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.利用水培體系對一個由419份甘藍(lán)型油菜自交系組成的自然群體幼苗期鎘積累性狀進(jìn)行了鑒定，主要對鎘脅迫后油菜地上部分、地下部分Cd濃度和Cd從地下到地上的轉(zhuǎn)運系數(shù)等性狀進(jìn)行考察。結(jié)果顯示本研究的所有性狀都呈連續(xù)型正態(tài)分布，符合

3、數(shù)量性狀的特征。自然群體內(nèi)部3個性狀的廣義遺傳力都超過了0.7，表明這些Cd相關(guān)性狀的遺傳變異主要由基因型決定。
　　2.對群體中鎘積累性狀的分析表明，3個性狀都存在廣泛的遺傳變異。其中，地下部分Cd濃度在三個環(huán)境的平均值變異范圍為1690.86±394.18至1882.24±489.14μg g-1DW;地上部Cd濃度平均值變異范圍為210.67±43.01至257.55±45.34μg g-1DW;Cd轉(zhuǎn)運系數(shù)平均值變異范圍為

4、0.37±0.08至0.40±0.08。
　　3.應(yīng)用Q模型和Q+K模型對3個環(huán)境下的3個鎘積累性狀進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析。一共檢測到98個存在著顯著關(guān)聯(lián)(P＜0.0001)的SNP位點，其中32個SNP標(biāo)記在多個環(huán)境中被重復(fù)檢測到。根據(jù)標(biāo)記之間的LD強(qiáng)度，75個SNP標(biāo)記可被整合成35個QTLs，解釋了表型變異的3.49-7.57％。
　　4.利用甘藍(lán)型油菜的基因組注釋信息，在顯著SNP標(biāo)記上下游500kb范圍內(nèi)找到了32個

5、Cd積累相關(guān)候選基因。其中與地上部分Cd濃度，地下部分Cd濃度和Cd轉(zhuǎn)運系數(shù)相關(guān)的候選基因分別為7個，10個和15個。其中有些基因與擬南芥中的NRAMP6，IRT1，CAD1和PCS2是同源基因。
　　5.通過對白菜型油菜、甘藍(lán)和新型甘藍(lán)型油菜鎘脅迫后根部樣品RNA-seq分析，發(fā)現(xiàn)109個候選基因與金屬鎘相關(guān)，其中新型甘藍(lán)型油菜中67個，白菜型油菜中33個，甘藍(lán)中29個。其中部分基因與擬南芥中的IRT1、PCR1、HMA1、HM

6、A4、CAD1以及谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶家族包括GSTF7、GSTAU8、GSTAU13和GSTAU19等是同源基因。
　　6.把RNA-seq分析挖掘的基因與GWAS關(guān)聯(lián)位點上下游500Kb范圍內(nèi)的所有基因進(jìn)行比對和注釋，共發(fā)現(xiàn)74個差異表達(dá)基因落在關(guān)聯(lián)分析候選區(qū)間，有3個基因和鎘脅迫有直接關(guān)系。BnaA09g29540為SCC性狀關(guān)聯(lián)候選基因，該基因為擬南芥GSTU13同源基因;BnaC07g39340為RCC性狀關(guān)聯(lián)候選基因，

7、該基因為擬南芥FSD1同源基因;BnaA09g32780為CT性狀關(guān)聯(lián)候選基因，該基因編碼蔗糖-6F-磷酸磷酸水解酶。比較關(guān)聯(lián)分析和轉(zhuǎn)錄組分析的候選基因，發(fā)現(xiàn)兩種方法挖掘出了一些位點對應(yīng)于共同的擬南芥同源基因，如，IRT1、CAD1、NRT1.8、ARF1、ASP1、FSD1、GAPC2、GSTF7、GSTU13、GSTU19和PCK1等，這些基因可能在甘藍(lán)型油菜鎘積累中發(fā)揮了作用。
　　應(yīng)用GWAS與RNA-seq兩種方法，本研