桃树12种农艺性状的关联分析
发布日期：2019-03-19 浏览次数：2963
摘要
桃树是一种高价值的物种，同时也被分子遗传研究员当作是蔷薇科植物的模式物种。本文针对129个桃树材料进行全基因组测序，并对12种桃树的农艺性状进行全基因组关联分析。对其中10个质量性状进行研究发现，其中9个和之前报道的定位结果一致性很高，而且精确度比之前报道的更高。对其中两个质量性状，描述了它们的候选基因。其中一个可能与细胞死亡有关，另一个编码一种植物激素运输载体，分别和水果的形态和没有酸味的性状显著相关。此外还检测到一些和果实重量以及固体可溶物相关的信号，并且这些位点和桃树的驯化改良过程中预测的选着清除位点是重叠的。本研究的发现对桃树中控制农艺性状的基因大规模的描述作出了贡献。
材料方法
植物材料：129个桃树（12野生种，62地方品种，55个古老和现代改良品种）。
DNA提取：桃树新鲜叶片CTAB法。
测序平台：Illumina GA2 PE49，文库大小：500bp。平均测序深度4.21X。
SNP识别：SAMtools，GATK。
群体遗传分析：邻接法，NJ-tree（PHYLIP 3.68）；系统发育树：MEGA 5.0；群体结构分析：Structure 2.3.4（K=2-8）；PCA：EIGENSOFT 4.2。
GWAS：TASSEL（GLM-no PCA，GLM-PCA，MLM）。
基因组选择扫描：π值计算：BioPerl（每个位点核苷酸序列多样性）。
LD分析：PLINK。（50kb滑动窗口）。
表达量分析：qRT–PCR；RNA提取：果肉（1）两个不同形状桃子，不同发育时期的比较；（2）32个（圆桃、蟠桃），24个（酸和不酸的桃），成熟时期的比较；（3）两个不同酸度桃子在6个不同发育阶段都比较。
研究结果
1、桃树群体的遗传分析
a，129个桃树品种的系统发育树（红色，野生型），（蓝绿色，观赏型），（蓝色，食用地方品种），（绿色，改良品种）；b，群体结构分型（明显分为两类）；c，不同地方品种的地理分布（经纬度），颜色也代表不同地域。
129个桃树品种的主成分分析结果。
2、桃树农艺性状关联分析
果实形状的全基因组关联分析（三种模型分析结果）。
桃的十种农艺性状全基因组关联位点。
利用345个桃的Sequenom MassARRAY数据进行GWAS分析。
针对质量性状，GLM-PCA模型是更准确的关联模型。
3、桃树质量性状候选基因分析
果实形状候选基因关联分析和相对表达量的研究。a，果实性状相关联位点的确认，SNP处于候选基因 ppa003772m（编码持续激活细胞死亡1蛋白）第五个内含子区域。b，之前对桃果实性状研究的结果（S表示基因位置）；c，候选基因SNP位点基因型。d，候选基因在两种性状桃中的表达水平。e，32个桃中 ppa003772m的相对表达量。
ppa003772m的转录本（ppCDA1）：（1）出现一个新的外显子（红色方框）；（2）第三个外显子的末端有3个碱基的缺失“CTA”；（3）第五个外显子前有9个碱基的插入“ATGTCACAG”。之前注释的基因在mRNA中并未发现，因此之前基因注释的结果是错误的。
果实无酸味候选基因关联分析和相对表达量的研究。a，果实无酸味候选基因的关联位点。酸和不酸的桃子中各种酸的含量。c，六个SNP附近基因的相对表达量检测。ppa006339m在所有阶段的酸和不酸的桃子中均表现出差异表达。d，ppa006339m在成熟的9种酸和15种不酸桃子中的相对表达量。
4、与桃果实重量及可溶性糖含量相关受选择的区域
果实重量GWAS分析，并未找到显著相关联的位点。
可溶性糖含量GWAS分析，同样并未找到显著相关联的位点。
全基因组范围内桃的选择性清除分析及对应两种表型GWAS研究结果。
与桃的果实重量及可溶性糖含量相关驯化和改良位点的候选基因注释。
研究亮点
1、利用GWAS研究的方法对全基因组范围内12种桃树的农艺性状相关位点（基因/QTL）进行分析，最终获得一系列相关联的SNP位点。并且利用了三种不同的分析模型分别进行关联分析，而且在另外一个包含345份材料的Sequenom MassARRAY数据进行相同的分析，最终发现在GLM-no PCA和MLM模型中存在一些假阳性的关联位点。而且对于桃的质量性状关联分析结果，经过比较发现GLM-PCA模型的预测结果是最准确的。
2、对果实性状及有无酸味的GWAS研究中，利用不同表型材料中的基因型以及qRT-PCR结果最终获得了候选基因。尤其对果实形状的候选基因的注释发现，之前研究报道的该基因转录本的注释结果是错误的。
3、对桃的果实重量及可溶性糖含量GWAS无明显关联位点的情况下，结合桃树的驯化和改良的选择性清除分析方法，最终同样注释到一系列和性状相关联的候选基因。
参考文献
Genome-wide association study of 12 agronomic traits in peach[J].Nat Commun. 2016 Nov 8;7:13246.IF=11.329
