开花时间是被子植物生活史中的关键节点.十字花科植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)广布于世界各地,在海拔4 000 m以上的青藏高原也发现了该物种的自然居群,高原独特的环境塑造了其生活史的独特表型,在开花时间上表现为中等程度早花.该研究构建了西藏拟南芥Lhasa居群的F2代作图群体,基于全基因组测序的QTL-seq定位分析,在该居群中定位到主效基因FLC,并且鉴定到其第1个内含子中存在2 307 bp的缺失,这种单倍型只存在于西藏拟南芥居群.利用CRISPR-Cas9技术构建了Lhasa背景的flc-/-突变体,表现为开花时间显著提前.研究结果表明,西藏拟南芥开花时间改变的主要原因是FLC第1个内含子缺失,该变异并未使其丧失全部功能,这可能有利于西藏拟南芥适应青藏高原独特的气候环境.

玉米穗长通过影响穗粒数,进而影响产量,是育种改良的重要目标性状之一.发掘与穗长性状相关QTL和基因对穗长性状的遗传改良具有重要意义.本研究以一对穗长具有显著差异的高世代姊妹系为亲本,构建F2群体并自交得到F2∶3,利用Maize6H-60K基因芯片分别对亲本及F2群体进行基因型分析,并通过ICIM、GCIM和dQTGseq 3种方法对F2和F2∶3群体的穗长进行QTL定位.结果表明,3种方法共定位到7个与穗长相关QTL位点和43个QTNs,解释了 2.04％～10.24％的表型变异.交叉分析不同方法得出的定位结果,在6号染色体上发现一个调控穗长的稳定QTLqEL6.01.根据定位区间内基因注释的结果,并结合参考基因的表达谱数据,共筛选出5个在雌穗中表达的候选基因:Zm00001d035514、Zm00001d035526、Zm00001d035537、Zm00001d035553和Zm00001d035535.本研究结果为玉米穗长基因的克隆及育种改良奠定了基础.

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.

在传统的正向遗传学分析过程中,基因定位需要构建复杂的后代群体,并借助大量分子标记进行遗传连锁分析和区间定位,使得这一过程成本高且耗时长.MutMap是近年来发展的基于高通量第二代测序技术的一种新的正向遗传学分析方法.该方法的优点是遗传定位的周期短且效率高.在此基础上扩展的新方法也不断出现,如基于自交的MutMap+、用于识别基因组缺失区间变异的MutMap-Gap、以及用于定位数量性状基因座的分析思路与MutMap类似的QTL-seq方法等.这些方法不需要建立繁琐的定位群体,甚至不依赖于遗传杂交和任何连锁信息即可进行,加快了对感兴趣表型的变异位点所在基因组区域的识别过程.本文对MutMap及其扩展方法进行了介绍,并对它们未来的应用和发展前景进行了讨论,以期为基于第二代测序技术的正向遗传学基因定位和作物遗传改良研究提供参考.

Deciphering the genetic mechanisms underlying agronomic traits is of great importance for crop improvement.Most of these traits are controlled by multiple quantitative trait loci (QTLs),and identifying the underlying genes by conventional QTL fine-mapping is time-consuming and labor-intensive.Here,we devised a new method,named quantitative trait gene sequencing (QTG-seq),to accelerate QTL fine-mapping.QTG-seq combines QTL partitioning to convert a quantitative trait into a near-qualitative trait,sequencing of bulked segregant pools from a large segregating population,and the use of a robust new algorithm for identifying candidate genes.Using QTG-seq,we fine-mapped a plant-height QTL in maize (Zea mays L.),qPH7,to a 300-kb genomic interval and verified that a gene encoding an NF-YC transcription factor was the functional gene.Functional analysis suggested that qPH7-encoding protein might influence plant height by interacting with a CO-like protein and an AP2 domain-containing protein.Selection footprint analysis indicated that qPH7 was subject to strong selection during maize improvement.In summary,QTG-seq provides an efficient method for QTL fine-mapping in the era of "big data".

开花是植物生殖生长的重要阶段,适宜的开花时间对作物的产量具有重要的影响,定位开花基因可以为开花机理的研究奠定基础.本文以已构建完成的甘蓝型春油菜(Brassica napus)花期加倍单倍体(DH)群体为材料,利用数量性状定位测序(QTL-seq)和分子标记辅助选择(MSA)对甘蓝型春油菜中C8染色体上早花位点cqDTFC8进行定位和近等基因系构建.结果 表明:早花位点cqDTFC8被定位在C8染色体上1.3～6.0 Mb的范围,该区域共筛选出有多态性位点且在NCBI上有注释的基因20对,其中两个与光周期调控有关,分别为BnaC-08g04860D和BnaC08g04960D.以晚花亲本No.5246为轮回亲本,DH系ZW189为供体亲本,通过前、背景选择进行cqDTFC8位点的近等基因系构建,在BC1F1群体中获得背景回复率为62％的植株12株,在BC2F1中获得回复率85％的22株;将BC3F1中回复率95％以上且含有早花位点cqDTFC8的17株作为近等基因系入选株系.本研究拟为甘蓝型春油菜的早花位点的基因克隆和早花分子育种提供参考依据.

近年来随着测序技术的迅速发展,简化基因组中的SLAF-seq是一种既经济又高效的、且在全基因组范围内挖掘SNP位点的测序技术.该技术已广泛应用于群体进化分析、遗传图谱的构建和QTL定位等大样本群体研究.该文综合国内外文献介绍SLAF-seq技术在动物基因组研究方面的应用,分析SLAF-seq技术在动物学中的发展方向并做出展望,以期为动物的遗传学和物种保护等相关研究开启一扇新的大门.

以甘蓝型油菜(Brassica napus L.)硼高效品种'青油10号'和硼低效品种'Westar 10'为研究对象,采用生物信息学分析、转录组测序和实时荧光定量PCR技术,鉴定其基因组中扩展蛋白的家族成员,并对该基因家族响应缺硼胁迫的表达差异进行分析.结果显示,甘蓝型油菜基因组中包含109个扩展蛋白,可分为4个亚家族,包括:79个扩展蛋白A(BnaEXPAs)、21个扩展蛋白B(BnaEXPBs)、5个类扩展蛋白A(BnaEXLAs)和4个类扩展蛋白B(BnaEXLBs).同一亚家族中的扩展蛋白具有相对保守的基因结构和蛋白质基序组成.这些扩展蛋白基因分布在19条染色体上,其中10个位于硼高效QTL区间内.转录组测序分析结果表明,缺硼胁迫时'青油10号'的根、幼叶和老叶中分别有40、18和30个扩展蛋白基因显著上调或下调表达;而'Westar10'中分别有27、24和41个扩展蛋白基因显著上调或下调表达.其中'青油10号'根中的BnaC04.EXPA6a,幼叶中的BnaA09.EXPA5以及老叶中的BnaA09.EXPA16、BnaC04.EXPA3、BnaCnn.EXPA5b和BnaA03.EXPA8基因的表达水平均显著高于'Westar10'.研究结果说明甘蓝型油菜基因组中扩展蛋白基因家族数量庞大,其中高、低效品种间和不同硼水平中差异表达的扩展蛋白可能在甘蓝型油菜低硼适应性中发挥重要作用.

Transcriptome deep sequencing (RNA-seq) has become a routine method for global gene expression profiling. However, its application to large-scale experiments remains limited by cost and labor constraints. Here we describe a massively parallel 3′ end RNA-seq (MP3RNA-seq) method that introduces unique sample barcodes during reverse transcription to permit sample pooling immediately following this initial step. MP3RNA-seq allows for handling of hun-dreds of samples in a single experiment, at a cost of about $6 per sample for library construction and sequencing. MP3RNA-seq is effective for not only high-throughput gene expression profiling, but also genotyping. To demonstrate its utility, we applied MP3RNA-seq to 477 double haploid lines of maize. We iden-tified 19,429 genes expressed in at least 50％of the lines and 35,836 high-quality single nucleotide polymorphisms for genotyping analysis. Armed with these data, we performed expression and agronomic trait quantitative trait locus (QTL) mapping and identified 25,797 expression QTLs for 15,335 genes and 21 QTLs for plant height, ear height, and relative ear height. We conclude that MP3RNA-seq is highly reproducible, accurate, and sensitive for high-throughput gene expression profiling and genotyping, and should be generally applicable to most eukaryotic species.

为了解东乡野生稻(Oryza rufipogon)对低温胁迫的响应机制,对苗期的RNA-seq转录表达谱进行了研究.结果表明,与对照相比,共检测到10200个差异表达基因(DEGs),其中5201个上调表达,4999个下调表达,其中有426个DEGs位于已报道的水稻耐冷QTL区间,且37个为耐冷调控相关的家族基因.GO功能分类和KEGG代谢路径分析表明,核酸结合转录因子活性、氨基酸生物合成以及光合作用代谢等均参与响应低温胁迫过程.实时荧光定量分析表明,ABA响应蛋白基因、MYB转录因子和40S核糖体蛋白SA基因等12个可能与低温胁迫响应相关的DEGs表达模式与RNA-seq的一致.可见,植物激素传导途径和转录因子相关调控基因在东乡野生稻苗期响应低温胁迫过程中起重要作用.