基金申请之群体遗传篇——同样的群体材料如何连发高分文章？

基金申请之群体遗传篇——同样的群体材料如何连发高分文章？

       最近到了提交国自然的最后时期，小编猜今年一定还有老师想要申请——解析一个性状的调控机制——这类课题，那这么大的课题，第一步我们要干什么呢？？那肯定是获得群体材料了，一般为全世界收集的核心种质资源材料组成的自然群体和双亲构建遗传群体，那这些群体材料怎么用呢，这是老师们所关注的重点。

       想要研究一个性状的调控机制或一个生物学现象的原因，通常是先从基因定位开始，常用研究方法如全基因组关联分析(GWAS），混池分离群体分析（BSA）等，极大地促进群体遗传学的发展。本次小编带领您理解同样的群体材料，如何从不同角度切入发表多篇高分文章！！

       与驯化相关的性状（包括种皮颜色和种子重量）已被选择用于传统地方品种和品种育种计划的改良。种子重量(SW)是产量的主要组成部分，是一个复杂的、重要的农学性状，在大豆基地中已经报道了200多个大豆种子重量的(QTL/QTNs)。

       江苏农科院大豆研究团队2021年在中科院JCR一区期刊《Theoretical and Applied Genetics》发表题为 “Comparative selective signature analysis and high-resolution GWAS reveal a new candidate gene controlling seed weight in soybean”的研究论文，为了在遗传水平上了解大豆的驯化和改良，为今后大豆育种工作奠定基础，作者对283份大豆种质资源(野生种质19份，地方品种52份，改良品种212份)进行了重测序，获得了大量高质量的SNPs，用于研究大豆籽粒重和其他农艺性状的群体遗传变异。

       在大豆驯化和改良过程中，共检测到78个驯化“选择性清除”（domestication-selective sweeps）区域和39个改良选择性清除区域。此外，驯化选择位点和改良选择位点分别鉴定出689个和1204个基因。

       注释结果表明，其中一些基因与驯化相关的农艺性状有关，如胁迫响应、种子重量、株高和开花时间。驯化选择性清除区域中的基因在各种生物过程中富集，尤其是在非生物胁迫反应中，包括缺水、盐胁迫和渗透胁迫反应。除了非生物应激反应，蛋白质修饰、碳水化合物代谢过程和氨基酸转运也在驯化选择性扫描中得到了丰富（图2c）。在改良选择区域中，基因在蛋白质跨膜运输、种子萌发调节、脂肪酸代谢/生物合成过程、氨基糖分解代谢过程、氨基酸生物合成/代谢过程和脱落酸生物合成/代谢过程。据报道，这与种子萌发阶段有关（所以后面作者以此展开表型调查）。

       文作者剖析颜色表型结果与已报到结果存在很高的一致性，证明了这组高密度SNP标记通过GWAS进行基因定位是准确和有效的。

       GWAS确定了5个与种子重量相关的QTL位点。其中，qHSW-16位点与第16染色体上的改良选择区域重叠，表明该位点在大豆改良过程中受到了强烈选择。在qHSW-16中发现的18个候选基因中，只有SoyZH13 _ 16G122400（GmAPC10）qRT-PCR表明在种子发育过程中在大粒品种中的表达量高于小粒品种。因此，作者认为这是控制大豆粒重的关键新基因。

       本研究通过对大豆种子重量的有用位点、候选基因和有益等位基因的鉴定，为改良大豆单产水平提供了新的基因资源，可用于大豆高产分子设计育种。

       种子活力是通过评估在各种环境条件下调节高发芽率种子类型的活性水平和性能的种子特性来衡量的，高发芽率可以降低作物产量降低的风险。为了培育具有均匀快速生长特性的有活力的作物品种，需要更好地了解遗传成分对成功发芽的贡献。

       同年该团队在中科院JCR一区期刊《Theoretical and Applied Genetics》在线发表题为 “GmAOC4 modulates seed germination by regulating JA biosynthesis in soybean”的研究论文，该研究揭示了GmAOC4基因通过促进更多 JA 积累调节大豆种子萌发的分子机制，对提升大豆种源活力具有重要应用价值。

       为了分析大豆种子萌发的遗传机制，使用萌发表型（264份中国大豆种质资源(地方品种52个，改良品种212个)）和前期研究中描述的2,597,425个SNPs的高密度标记集，利用GWAS技术在大豆种子萌发阶段鉴定了18号染色体上与种子活力指标发芽率相关的GWAS信号。GmAOC4是该QTL位点的主要候选基因，并对其对种子活力的调控作用进行了初步研究。结果表明，GmAOC4在高萌发品种中的相对表达量显著低于低萌发品种。GmAOC4参与了大豆JA的生物合成，过表达GmAOC4会抑制拟南芥的种子活力。此外，在GmAOC4-OE拟南芥中，AtABI5表达量高，并在种子萌发过程中表现出对ABA的超敏反应。GmAOC4调控种子活力的机制可能与大豆萌发种子中JA和ABA相互作用过程中GmABIs的表达调控有关。本研究为研究GmAOC4在大豆种子活力中的作用提供了重要依据。

实验设计方面：

第一篇：利用283份大豆种质资源(野生种质19份，地方品种52份，改良品种212份)进行了重测序，3种种植环境的大豆颜色（花色、茎色和种皮色）和粒重表型的GWAS和QTL联合定位分析，筛选关联位点和候选基因。

第二篇：利用264份中国大豆材料(改良品种212个，地方品种52个)的自然群体2种种植环境的大豆种子萌发表型的进行关联图谱分析，筛选种子萌发相关候选基因，进一步通过表达分析、转基因过表达遗传转化实验方法和JA激素定量验证GmAOC4基因对大豆种子活力的作用。

       回归到最初的问题：同样的群体材料，如何从不同角度切入才能发表多篇高分文章呢？案例文章采用的方式就是基于相同基因型，不同表型的结果发表了paper！！如此可见老师们对群体材料可多调查一些性状，如植物的农艺性状（植物株型、产量），抗虫/抗病（稻瘟病，稻褐飞虱），响应胁迫（耐旱、耐盐）等等，文章聚焦在某个/某些表型上，深入挖掘，克隆到基因，开展候选基因的功能研究，阐明性状形成的分子机制。

总结：性状的重要性、性状考察的工作量，定位的结果理想且对定位的结果或者候选基因进行验证。