上海植物生理生态所何玉科团队优化作物功能SNPs的筛选程序
2018/5/9 

近日,Plant Physiology在线发表了中国科学院上海植物生理生态研究所何玉研究团队题为“ Identification of functional single nucleotide polymorphisms affecting leaf hair number in Brassica rapa ” 的研究论文。该研究以白菜为代表性作物,以叶毛(白菜抗虫和抗旱的形态标志)为代表性农艺性状,鉴定了对叶毛发育有贡献的单核苷酸多态性位点(SNPs),优化了功能SNPs的筛选程序,为作物优异农艺性状分子标记的开发和分子设计育种提供了新的理论依据和方法。


近年来,随着基因组测序技术的发展和生物信息分析水平的提高,科研人员陆续从众多作物品种和遗传群体的基因组中发掘出大批SNP位点。人们通过关联性分析和相关分析获得了与目标性状连锁的SNPs。育种人员利用这些SNPs开发的分子标记进行优良育种材料的选择。问题是,许多分子标记的选择效果是概率事件,准确率不高是分子设计育种的技术瓶颈。提高分子标记的准确率有多种办法,其中最重要的是鉴定有功能的SNPs。功能SNPs一般在基因的功能位点,如基因启动子上蛋白结合位点、甲基化位点、蛋白-蛋白结合位点、各种类型的结构域、蛋白修饰位点和miRNA互补位点。 实际上,在基因功能位点的SNPs不一定是功能SNPs,需要突变体或转基因系进行遗传互补和验证。最重要的是,要排除非功能性的SNPs,选择对优异性状有贡献的功能SNPs。


基于白菜叶毛表型观察和基因组重测序, 该团队以多毛的大白菜和无毛的乌塌菜为亲本,培育叶毛性状分离的重组自交系,通过GWAS关联分析,确定多毛的QTL位点和候选基因BrpHL1,识别有功能的候选SNPs, 在此基础上引入等位基因SNPs位点的突变,利用突变体和转基因系的遗传互补作用,排除与目标性状无关的等位基因和候选SNPs, 确定有功能的SNPs。同时,该团队采用白菜自然遗传群体,进行基因组重测序,开展叶毛性状与功能SNPs的关联性分析,结果发现,只有那些无毛性状与隐性的SNPs高度关联,适合有效分子标记的开发。研究表明,功能SNPs在解析优异农艺性状形成的遗传基础,指导作物优质高产分子设计育种方面有广阔的应用前景。