基于GWAS挖掘棉花優(yōu)異纖維相關(guān)位點及全基因組單體型分析.pdf

1、棉花是世界上重要的經(jīng)濟作物之一，其棉纖維不僅是紡織工業(yè)的原材料，而且可以作為纖維能源應(yīng)用于工業(yè)發(fā)展，研究纖維發(fā)育機理對于棉纖維改良具有重要意義。本研究收集了278份棉花品系材料組成自然群體，利用簡化基因組（SLAF-seq）技術(shù)開發(fā)單核苷酸多態(tài)性(SNP)標記，基于SNP標記進行全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)和全基因組單體域(LD Block)及單體型(Haplotype)分析。同時結(jié)合生物信息方法學(xué)和實時熒光定量實驗，分析棉花四個物種全

2、基因組纖維素合成酶基因的進化情況及其在纖維發(fā)育過程中的表達模式，這些為進一步改良棉花纖維育種工作和解析纖維發(fā)育分子機制奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　利用簡化基因組測序(SLAF-seq)技術(shù)共開發(fā)到SNP標記3，464，561個，在完整度085，最小等位基因頻率005水平上過濾得到SNP標記54，541個。在此基礎(chǔ)上，分別進行了群體的群體結(jié)構(gòu)、主成分分析及系統(tǒng)進化樹，結(jié)果表明該群體可以分為三個亞群，這三個亞群在纖維強度上差異達到極顯著(

3、p＜001)。通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，共關(guān)聯(lián)(p＜946e-8)到分別與纖維強度(FS)、纖維長度（FL）、纖維馬克隆值(FM)和衣分(LP)相關(guān)的優(yōu)異位點各670、678、1393和476個?；谶B鎖不平衡原理，分析全基因組范圍的單體域及其內(nèi)部的單體型頻率，得到分別與FS、FL、FM和LP相關(guān)的單體域各15、14、25和31個。并進一步分析了其中一個單體域(Block4)內(nèi)的三個單體型，發(fā)現(xiàn)Hap1與LP相關(guān)，而Hap3與FS和FL相關(guān)

4、。這些與目標性狀相關(guān)優(yōu)異位點有助于下一步候選基因的篩選，而單體域及單體型的結(jié)果可能為分子育種工作提供一定的參考。
　　GWAS候選基因中有兩個在纖維發(fā)育28DPA時期超高表達的基因（Gh_A08G0421和Gh_A05G3965）注釋到纖維素合成酶基因，維素合成酶是影響細胞壁合成過程中控制纖維素合成的一種非常重要的蛋白質(zhì)。通過生物信息學(xué)方法，系統(tǒng)分析了陸地棉、海島棉、亞洲棉和雷蒙德氏棉四個棉種的纖維素合成酶在全基因組上的進化和在纖

5、維發(fā)育時期的表達模式。在整個棉花纖維合成酶進化過程中，直系同源基因和旁系同源基因受純化選擇(dN ds＜1)，而在各個亞家族枝系之間，CSLJ亞家族受到一定的正向選擇壓力，枝-位點模型分析發(fā)現(xiàn)CSLJ和CSLG枝系在纖維素合成酶蛋白的CSR區(qū)分別含有1個和2個正向選擇位點，這可能會影響功能分化的方向。利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析和qRT-PCR實驗驗證，發(fā)現(xiàn)在四個棉種纖維發(fā)育過程中，均至少有一半以上的基因表達，且具有一定的表達差異性，同一亞家族的