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

1、棉花是世界上重要的經(jīng)濟(jì)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(jī)理對(duì)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(jiǎn)化基因組（SLAF-seq）技術(shù)開發(fā)單核苷酸多態(tài)性(SNP)標(biāo)記，基于SNP標(biāo)記進(jìn)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(shí)結(jié)合生物信息方法學(xué)和實(shí)時(shí)熒光定量實(shí)驗(yàn)，分析棉花四個(gè)物種全

2、基因組纖維素合成酶基因的進(jìn)化情況及其在纖維發(fā)育過程中的表達(dá)模式，這些為進(jìn)一步改良棉花纖維育種工作和解析纖維發(fā)育分子機(jī)制奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　利用簡(jiǎn)化基因組測(cè)序(SLAF-seq)技術(shù)共開發(fā)到SNP標(biāo)記3，464，561個(gè)，在完整度085，最小等位基因頻率005水平上過濾得到SNP標(biāo)記54，541個(gè)。在此基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行了群體的群體結(jié)構(gòu)、主成分分析及系統(tǒng)進(jìn)化樹，結(jié)果表明該群體可以分為三個(gè)亞群，這三個(gè)亞群在纖維強(qiáng)度上差異達(dá)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(qiáng)度(FS)、纖維長(zhǎng)度（FL）、纖維馬克隆值(FM)和衣分(LP)相關(guān)的優(yōu)異位點(diǎn)各670、678、1393和476個(gè)?；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(gè)。并進(jìn)一步分析了其中一個(gè)單體域(Block4)內(nèi)的三個(gè)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(biāo)性狀相關(guān)優(yōu)異位點(diǎn)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(gè)在纖維發(fā)育28DPA時(shí)期超高表達(dá)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(xì)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(gè)棉種的纖維素合成酶在全基因組上的進(jìn)化和在纖

5、維發(fā)育時(shí)期的表達(dá)模式。在整個(gè)棉花纖維合成酶進(jìn)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(gè)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(diǎn)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(gè)和2個(gè)正向選擇位點(diǎn)，這可能會(huì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)在四個(gè)棉種纖維發(fā)育過程中，均至少有一半以上的基因表達(dá)，且具有一定的表達(dá)差異性，同一亞家族的