基于选择信号和关联分析鉴定温带和热带玉米中优势单倍型和关联基因

发布时间：2020-05-29 17:17

【摘要】：玉米(Zea mays L.)起源于墨西哥西南部的巴尔萨斯河流域,根据生长环境的不同,玉米可划分为温带和热带两大类群。对不同玉米类群遗传差异解析,将有助于鉴定驯化和改良过程中与开花期性状和光周期敏感性状相关的基因和优势单倍型,同时为种质的引入、改良和应用提供遗传基础。本研究结合选择信号分析、全基因组关联分析、单倍型分析、GO富集分析对温带和热带玉米群的候选基因和优势单倍型进行解析。结论如下:由温带和热带玉米自交系构成的关联群体种植在北京顺义、河南新乡以及海南三亚进行田间表型鉴定。温带和热带玉米群开花期相关性状随着纬度的降低均呈现出下降的趋势,但热带玉米群具有相对更长的开花期。两组近等环境(顺义-三亚;新乡-三亚)中光周期敏感性状比较分析发现,纬度差异与光周期敏感性差异正相关,即顺义与三亚的光周期敏感性差异大于新乡与三亚。相较于温带玉米群,热带玉米群具有更高的光周期敏感性。为了鉴定与开花期和光周期敏感性状关联的优势单倍型,本研究构建了与邻近的标记LD系数大于0.8的所有连续SNP位点所构成的包含至少两个SNP的单倍型座位。在39,350个高质量(最小等位基因频率0.05,缺失率20%)SNP标记中发现了14,359个SNP位点构成4,166个单倍型座位,共包含11,707个单倍型等位基因,平均每个单倍型座位可检测出2.8个单倍型等位基因和3.4个SNP,长度为26.2 kb。通过对温带和热带玉米群体进行选择信号分析,在温带玉米群中检测到106个选择信号。对选择信号区域内蛋白编码基因进行GO富集分析,结果显示候选基因主要富集于与生物调控、生物合成以及胁迫响应等相关的重要途径中。由温、热带玉米自交系构成的关联群体检测到78个与开花期显著关联信号(基于SNP的GWAS:63;基于单倍型的GWAS:15),35个与光周期敏感性显著关联信号(基于SNP的GWAS:24;基于单倍型GWAS:11)。与开花期性状关联单倍型座位分别解释抽雄期、吐丝期和和散粉期表型变异的18.6%、17.5%和17.7%;与光周期敏感性关联的单倍型座位分别解释抽雄期相对差异、吐丝期相对差异和散粉期相对差异表型变异的14.8%、11.2%和15.5%。由多环境、多性状共同鉴定的显著关联单倍型座位中,同一单倍型等位基因对同类性状具有相同效应方向。具有单倍型等位基因GATT(一号染色体HapL499)的玉米自交系具有更短的开花期;而具有单倍型等位基因GTTGT(二号染色体HapL978)、CA(十号染色体HapL4054)以及TA(十号染色体HapL4055)的玉米自交系具有更低光周期敏感性。值得注意的是,十号染色体HapL4054(CA和CG)和HapL4055(TA和TG)座位中各自两种单倍型等位基因对光周期敏感性状均具有相反效应。另外,基于SNP和单倍型的GWAS检测效力的比较,发现单倍型应用显著提高了表型解释率。
【图文】：

学位论文 离的方法，，同时也是常见的选择信号鉴定方法，其原理是通过的差异来判别位点选择作用的可能性。前人提出许多 FST统计的评估方法是（HT-HS）/HT，HT代表种群分化之前目标位点的群体分化之后目标位点的杂合型频率或者杂合度。FST统计量于 1 表明目标位点在不同亚群之间分化程度越高，可能由于正向选择，也可能由于目标位点在不同亚群中受到了不同方向标位点在不同亚群之间分化程度越低，目标位点可能是受到了负向选择。LSBL 方法由 Shrive 首先提出，A、B 和 C 代表群、 和 分别代表两两亚群之间的群体分化程度；而特定位ST值来计算。 = ( )/2 = ( )/2 = ( )/2

.1 试验材料.1.1 试验材料本课题收集 410 份具有广泛代表性的玉米自交系（附表 1），其中 238 份是选自育种程序的玉米自交系，代表经历显著改良并适应温带长日照环境的温带玉米，而 172 份主要来源IMMYT 的热带、亚热带玉米自交系，代表具有丰富的遗传多样性、改良程度较低、更适应驯化的原始环境的热带玉米。.1.2 基因型数据分析本试验利用 PLINK 软件（Purcell et al., 2007）对玉米 55K SNP 芯片数据（Xu et al., 2017）质量控制，具体参数设置如下：--vcf snpdata.vcf --geno 0.2 --maf 0.05 --recode vcf-iid --ewdata。即对所有 SNP 位点按照标准（最小等位基因频率>0.05，缺失率<20%）进行筛选，择 39,350 个 SNP 作为高质量位点，其均匀分布于玉米基因组中。每条染色体有 2,850（十号体）至 6,050（一号染色体）SNP 位点。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S513

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本文编号：2687241