Int. J. Mol. Sci | SLAF-遺傳圖譜定位小麥抗條銹病QTLs

2021-01-13 百邁客基因
今天介紹一篇由百邁客合作夥伴四川農業科學院等單位發表的一篇文章「Identification of QTLs for Stripe Rust Resistance in a Recombinant Inbred Line Population.」，於今年7月份刊登在《Int. J. Mol. Sci》上。該文章主要利用小麥RIL群體繪製了一張高密度SLAF-遺傳圖譜，定位到3個抗條銹病QTLs，並且QTL的聚合互作可增強小麥抗條銹病能力，在後續小麥的遺傳育種改良中具有重要潛在應用價值。




核型分析：FISH技術（螢光原位雜交）

RIL群體：Chuanmai 42 (CH42) × Chuanmai 55 (CH55)，N=200

測序策略：SLAF-seq（Sun et al. 2013）—— 40萬SLAF標籤，10×/SLAF

圖譜構建：HighMap軟體（Liu et al. 2014）

QTL定位：ICIM


親本核型分析與群體表型鑑定

    利用FISH技術分析雙親（CH55與CH42）的染色體組成：通過與小麥和黑麥染色體核型標準比較（Tang et al. 2014），發現CH55攜帶一對1RS.1BL的染色體易位與兩對5B–7B的染色體交互易位，而CH42屬於正常的核型（圖1.），表明CH55與CH42間存在染色體結構上的變異，通過群體構建，用於解析條銹病抗性遺傳位點。

圖1. CH55和CH42的螢光原位雜交(FISH)與核型分析

   A與C：CH55；B與D：CH42

表型調查與分析發現，RIL子代病害程度出現超親分離現象並呈連續性分布，表明抗條銹病是由多基因控制的數量性狀。並且廣義遺傳力H2達到0.88，暗示表型數據可用於QTL定位。SLAF測序獲得354 Gb的數據，Q30為94.82%，GC含量為44.79%。雙親與RIL子代個體實際開發標記數目以及平均測序深度見下表（表1）。

表1. 雙親與RIL群體SLAF標記數目及平均測序深度

從中篩選出的16,2394個高質量多態性SNPs，被分成以下4種基因型——aa×bb、hk×hk、lm×ll、nn×np，其中aa×bb型有75347個SNP標記；將親本測序深度低於10×和p < 0.01的標記過濾後，確定出6732個標記用於圖譜構建（表2）。

表2. 標記篩選（用於圖譜構建）

利用HighMap軟體構建出一張小麥SLAF遺傳圖譜，共21個連鎖群，總長為 2828.51 cM，平均圖距為0.42 cM，其中，最長與最短染色體分別為7B與6D。Gaps<5cM的最大比例是99.77%（位於Chr. 6A），最小比例為93.85%（位於Chr. 4D）（圖2.）。並且SNP位點的一致性分析表明，此張圖譜與中國春基因組物理圖譜具有很高的共線性（Spearman係數均在0.8-1之間）。


圖2. 小麥SLAF遺傳圖譜

基於以上SLAF圖譜以及表型數據，利用ICIM方法定位到3個抗條銹病QTLs，LOD 為3.05–21.34，可解釋3.27–34.22%的表型變異（表3.；圖3.）。它們分別位於Chr. 1B、2A和7B，命名為Qyr.saas-1B、 Qyr.saas-2A和 Qyr.saas-7B，其中，Qyr.saas-7B來自於CH42，其他兩個QTLs來自於CH55。Qyr.saas-1B和 Qyr.saas-7B在四個環境下均被檢測到，PVE分別為6.24%–34.22%與3.27–20.64%；而微效QTL Qyr.saas-2A僅在兩個環境中檢測到，PVE為3.77–5.29%。

表3. 抗條銹病QTL定位結果

圖3. QTL定位結果以及與其它Yr基因/QTLs位置比較

根據3個QTLs中每個QTL最接近標記的基因型將RILs分成8組，分析發現，在含有兩個或多個抗性QTLs的RILs中表現顯著的加性效應。當Qyr.saas-1B 和Qyr.saas-7B獨立存在時，在四個環境下均顯著降低病害嚴重程度；而在XC2017環境下一起存在時，它們的加性效應使病害嚴重程度更低。在JT2017環境下，Qyr.saas-1B和Qyr.saas-2A出現類似的加性效應；在XD2016環境下，3個QTLs的加性效應使病害嚴重程度最低，基本上接近免疫的程度，並且在XD2017 和XC2017環境下也出現類似的情況，但是在JT2017環境下沒有出現（表4.）。以上結果表明，不同QTLs的聚合互作可增強小麥的抗條銹病能力。

表4. QTLs加性效應分析



    親本表型差異與基因組序列變異，是群體構建與性狀連鎖/關聯分析的基礎，是獲得準確QTL/基因定位結果的源頭活水。本研究結合FISH技術核型分析與兩年四點的表型調查分析，為SLAF-遺傳圖譜的構建與QTL定位奠定基礎；SLAF簡化測序採取電子預測+雙酶切手段對特定大小範圍的片段進行測序，開發出的標籤在染色體上分布均勻，可作為小麥晶片標記分型的替代與發展，用於高密度遺傳圖譜的構建；圖譜構建採用百邁客HighMap軟體，具有標記數量多，雙交換率低，容錯能力更強，準確率與數據利用率更高以及運算時間短等特點，可與經典排圖軟體JoinMap相比較。

 

Yang M, et al. Identification of QTLs for Stripe Rust Resistance in a Recombinant Inbred Line Population. Int J Mol Sci. 2019, 20(14).

Sun X, et al. SLAF-seq: an effcient method of large-scale de novo SNP discovery and genotyping using high-throughput sequencing. PLoS One. 2013, 8, e58700.

Liu D, et al. Construction and analysis of high-density linkage map using high-throughput sequencing data. PLoS One. 2014, 9(6):e98855.

Tang Z, Yang Z, Fu S. Oligonucleotides replacing the roles of repetitive sequences pAs1, pSc119.2, pTa-535, pTa71, CCS1, and pAWRC.1 for FISH analysis. J. Appl. Genet. 2014, 55: 313–318.



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