[目的]水稻的抽穗期对水稻地域适应性及水稻产量至关重要,对水稻抽穗期基因进行鉴定及功能分析,可以为水稻育种提供优异的基因资源.[方法]通过BSA-seq方法对一个黄化早抽穗突变体hz1(huangzao 1)进行基因定位克隆及连锁分析;利用RT-qPCR技术分析目的基因HZ1 的表达谱,并用水稻原生质体瞬时转化查明HZ1 的亚细胞定位;对突变体的抽穗期、叶绿素含量、过氧化氢含量等生理指标进行测定,详细分析其表型变化.[结果]田间表型观察发现hz1表现早抽穗,长日照(long-day,LD)及短日照(short-day,SD)条件下hz1 的抽穗期相同,分别比野生型(wild type,WT)早抽穗 43 d和 26 d,表明hz1 是一个光周期不敏感的突变体.同时hz1 表现黄化表型,相比WT,叶绿素含量下降.遗传分析表明hz1 由隐性单基因控制,F2 混池高通量测序将目的基因定位于水稻第 6 染色体上 17.8 Mb区间内,分析发现该区间内一个T-DNA插入位点LOC_Os06g40080 与hz1 目标性状完全连锁,LOC_Os06g40080 为已知的SE5 基因,编码血红素加氧酶 1(heme oxygenase 1,HO1).HZ1/SE5 在叶片中高表达,在LD及SD条件下具有昼夜节律性表达.亚细胞定位发现HZ1/SE5 蛋白定位于叶绿体中.表达调控分析表明HZ1/SE5主要通过调控水稻成花素Hd3a和RFT1 的表达来调控水稻的抽穗期;并通过调控叶绿素合成途径相关基因的表达水平影响水稻叶绿素水平变化.[结论]黄化早抽穗突变体hz1 由于血红素加氧酶编码基因SE5 突变导致其对光周期不敏感,HZ1/SE5 基因通过调控水稻成花素基因及叶绿素合成途径相关基因的表达而影响水稻的抽穗期及叶片的黄化.

Since the official release of the stand-alone bioinformatics toolkit TBtools in 2020,its superior functionality in data analysis has been demonstrated by its widespread adoption by many thousands of users and ref-erences in more than 5000 academic articles.Now,TBtools is a commonly used tool in biological labora-tories.Over the past 3 years,thanks to invaluable feedback and suggestions from numerous users,we have optimized and expanded the functionality of the toolkit,leading to the development of an upgraded version-TBtools-Ⅱ.In this upgrade,we have incorporated over 100 new features,such as those for comparative genomics analysis,phylogenetic analysis,and data visualization.Meanwhile,to better meet the increasing needs of personalized data analysis,we have launched the plugin mode,which enables users to develop their own plugins and manage their selection,installation,and removal according to indi-vidual needs.To date,the plugin store has amassed over 50 plugins,with more than half of them being inde-pendently developed and contributed by TBtools users.These plugins offer a range of data analysis options including co-expression network analysis,single-cell data analysis,and bulked segregant analysis sequencing data analysis.Overall,TBtools is now transforming from a stand-alone software to a compre-hensive bioinformatics platform of a vibrant and cooperative community in which users are also developers and contributors.By promoting the theme"one for all,all for one",we believe that TBtools-Ⅱ will greatly benefit more biological researchers in this big-data era.

由稻黄单胞菌稻生致病变种(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)引起的细菌性条斑病(BLS)是水稻(Oryza sativa)生产上的重要病害,近年来其发病呈快速上升趋势,特别是在我国南方(包括江苏、浙江、福建和广东等地)稻区危害严重.种植抗病品种是防治BLS最理想的措施,但目前生产上严重缺乏可用于育种的优异抗病基因资源.通过人工接种鉴定筛选水稻种质资源,挖掘到2份高抗BLS材料(M1和D1).多菌株系接种结果表明,M1具有非小种特异性广谱抗病(RNS BSR)特征.经遗传群体分析表明,栽培稻M1携带单个显性抗BLS新基因Xo-3.通过混池测序和关联分析,将Xo-3基因初步定位在2号染色体上的一段候选区域内.抗BLS种质资源的挖掘及其抗性遗传基础的解析,将有助于理解水稻-Xoc互作机理,从而培育抗BLS水稻新品种和制定科学的防治BLS策略.

株高是影响水稻产量稳定性的重要因素之一,水稻株高相关QTL的定位及候选基因的挖掘,有助于深入了解株高分子调控机制,进而为培育理想株型的水稻品种奠定基础.以油占 8 号及广西野生稻为亲本构建的 285 个CSSL群体为试验对象,结合NGS与BSA-seq等方法,利用SNP和InDel 两种分子标记进行关联分析,对可能与株高相关的基因组区段进行定位.结果显示,Δ(SNP-index)分子标记在Chr.7 和Chr.10 中分别关联到 3.205 和 1.311 Mb大小的候选基因组区域.Δ(InDel-index)标记关联到的基因组区域大小分别为 2.848 和 1.292 Mb,且全部包含于Δ(SNP-index)关联到的区间内.结合GO、KEGG、Uniprot、eggNOG等数据库中的功能注释、高质量多态性位点筛选以及已有的株高相关转录组数据,最终关联到Chr.7 中的 5 个候选基因,包括功能和机理已知的OsTCP21.RT-qPCR结果显示,OsTCP21 在高株和矮株中的表达差异与已有研究结果相一致,LOC_Os07g05050 和LOC_Os07g02850 在高株中表达量较高,LOC_Os07g04220 和LOC_Os07g02770 在矮株中表达量较高.这 5 个候选基因在水稻株高性状的调控中起重要的作用,OsTCP21是一个关键调控基因.

大麦侧小穗结实与否导致了二棱/六棱性状的分化,从而显著影响其籽粒产量,因此大麦二棱到六棱的变化具有显著驯化特征.青藏高原野生和栽培大麦资源丰富,被认为是栽培大麦的驯化和遗传多样性中心之一.为进一步了解大麦棱数调控的遗传基础以及西藏栽培大麦驯化的过程,以西藏野生二棱大麦和六棱大麦地方品种为亲本构建遗传分离群体,遗传分析发现二棱性状受单个显性基因位点控制.通过集群分离法(Bulked segregant analysis,BSA)分别建立含有22个F2单株的二棱混池和六棱混池,基于SLAF-seq(Specific-locus amplified fragment sequencing)技术共获得456 691个SLAF标签,通过SNP-index和ED两种关联算法交集得到3个与棱数性状相关的侯选区域,总长度为53.84Mb,包含536个基因,其中能分别被3个数据库GO、KEGG和COG注释的基因有413、189和160个基因.上述研究实现了对控制西藏大麦侧小穗发育性状相关基因的初步定位,结果可为后续目标基因的精细定位和克隆提供理论参考.

叶缘裂刻性状是甘蓝型油菜遗传育种的理想形态标记.叶缘裂刻性状变异材料的创建对丰富甘蓝型油菜叶片形态和优良品种改良至关重要.本研究以甘蓝型油菜常规品种中双11和甘蓝型油菜叶缘裂刻新品系Y176为亲本(通过甘蓝型油菜与蔊菜远缘杂交获得),从F2群体中分别挑选出叶缘裂刻和正常叶形的植株各50株,构建了两个极端性状混池DNA文库,借助SLAF-seq-BSA技术,挖掘甘蓝型油菜叶缘裂刻性状相关候选基因.共开发出177941个SLAF标签,通过分析SLAF标签的多态性,共获得150168个SNP,其中亲本间共获得128200个SNP.对ED方法和SNP-index方法得到的关联区域进行综合分析,获得1个与目标性状紧密关联的候选区域,位于甘蓝型油菜A10染色体上的14528149～17353693区域,总长度为2.83 Mb,约有666个编码基因.与前人研究定位在同一染色体上,但本研究定位的区间与前人研究不同,说明本研究存在控制叶缘裂刻新基因的可能性大.并对该区域内基因进行功能注释,其中666个注释到NR数据库;517个注释到SwissProt数据库;587个注释到GO数据库;151个注释到KEGG通路;258个注释到COG数据库,对候选基因进行注释有助于进一步分离相关基因.

定位甘蓝型矮秆直立株型油菜的株高基因,解析矮秆性状的遗传规律,对油菜育种的产量具有重要意义.通过甘蓝型三系油菜(不育系5824ci×恢复系5771r)杂交,在F1中发现变异单株,命名“DW871”.经多代自交,从群体中选取纯合矮秆和对应纯合高秆杂交,从杂交后代分离群体中分别选取47个矮秆、47个高秆和10个纯合矮秆材料,分别构建基因池.利用BSA-seq简化基因组测序技术,以47个矮秆与47个高秆,10个纯合矮秆与47个高秆进行关联分析(BSA),从47个矮秆与47个高秆基因混合池间检测到差异SNP共121998个,非同义突变SNP共1582个,在ChrA10染色体上定位1个显著关联区域,区间长度6.39 Mb,合1405个候选基因;从10个纯合矮秆与47个高秆基因混合池间共获得1752011个SNP,非同义突变SNP共27723个,InDel 518420个,在ChrA03、ChrA04、ChrA06、ChrA07、ChrA10和ChrC03上定位共19个与性状相关的候选区域,区间长度5.35 Mb,合1143个候选基因.然而由于未达到理论阈值,这个区域很可能是假阳性区域,需要进一步验证.47个矮秆基因混池和10个纯矮秆基因混池在ChrA10染色体上定位的关联区域互相重合,重合区间为1.83 Mb.本研究在ChrA10染色体上定位1个与DW871株高性状显著关联区间,这一研究结果为精细定位甘蓝型矮秆直立株型油菜株高性状基因奠定了良好基础.

为明确大豆品种北农103的早花性状的遗传特性,以北农103为父本和晚花品种海系13为母本,构建了F2分离群体和F5重组自交系群体.通过F2分离群体研究其早花性状的遗传方式,利用极端性状混池重测序结合分子标记加密方法定位早花性状基因,并对候选基因进行序列分析.结果 显示,北农103的早花性状主要由1对隐性基因控制.该基因位于6号染色体(C2)上,在Satt557和XH2 _11标记之间,遗传距离均为1.0 cM.基因序列分析表明,该基因为已知的E1的等位隐性基因el,DNA序列中第218位碱基由E1中的G变为C,导致核苷酸由精氨酸(AGG)变为苏氨酸(ACG),由于北农103的e1基因中单个碱基变异导致光周期的敏感性发生了改变,产生早开花现象.经系谱分析推测,北农103中的e1基因来源于美国品种Century,可在改良大豆品种的成熟期和株高方面发挥作用.

细胞质雄性不育是利用杂种优势创制油菜杂交种的重要途径之一.而恢复系的选育及恢复基因的研究有利于提高细胞质雄性不育系的应用价值.该研究以甘蓝型油菜细胞质雄性不育系1193A和恢复系15-R1为亲本,以F2群体构建了2个极端性状混池,采用BSA-seq技术方法,对恢复基因进行定位分析.结果 表明:(1)不育系1193A与恢复系15-R1之间共获得非同义突变的SNPs共33 883个,混池间共有7 996个非同义编码突变.(2)InDel检测与注释结果表明,亲本间引起移码突变的有2 918个,混池间引起移码突变的有840个.(3)综合SNP和InDel的关联分析结果,将恢复基因定位于C09染色体上的0～880000区域,总长度为880 kb.(4)对候选区域的SNP和InDel注释发现,亲本间存在非同义突变的SNP共40个,混池间存在非同义突变的SNP共65个,亲本间存在移码突变的InDel共7个,混池间存在移码突变的InDel共儿个;对候选区间内的编码基因进行注释,结果共注释到162个基因,其中存在非同义突变基因11个,移码突变基因5个,这些基因可能与育性恢复有关.

Bulked segregant analysis (BSA) is an efficient and low-cost strategy that is widely used to identify causal genes in segregating populations.BSA-based methods, such as BSA sequencing (Wenger et al., 2010), bulked segregant RNA sequencing (BSR-seq) (del Viso et al., 2012), and MutMap (Abe et al., 2012), are powerful tools that can be used for rapidly discovering genetic markers and gene mapping.Although BSA is increasingly being used in wheat (Triticum aestivum) gene mapping efforts, few user-friendly BSA tools have been developed for researchers lacking a strong bioinformatics background.Here, we developed the web-based BSA platform WheatGmap (https://www.wheatgmap.org), which integrates multiple BSA mapping models and large amounts of public data to accelerate gene cloning and functional research and facilitate resource sharing.