本發(fā)明涉及植物分子生物學(xué),生物信息學(xué)和植物分子育種領(lǐng)域,具體地,涉及與陸地棉子指相關(guān)的snp分子標(biāo)記及其應(yīng)用。
背景技術(shù):
棉花不僅是最重要的纖維作物,還是重要的經(jīng)濟(jì)作物,其生產(chǎn)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)有著巨大的影響。全球約1億個(gè)家庭從事與棉花相關(guān)的產(chǎn)業(yè),每年產(chǎn)值逾千億美元。中國(guó)是全球最大的皮棉生產(chǎn)國(guó)與消費(fèi)國(guó)。產(chǎn)量是棉花的重要經(jīng)濟(jì)性狀,同時(shí)也是典型的數(shù)量性狀。子指是棉花產(chǎn)量的主要組分之一。子指高低受多種因素影響,但自身遺傳因素是主要的決定因素。
全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wideassociationstudy,gwas)是一種對(duì)全基因組范圍內(nèi)的常見遺傳變異(單核苷酸多態(tài)性和拷貝數(shù))基因總體關(guān)聯(lián)分析的方法,該方法以自然群體為研究對(duì)象,以長(zhǎng)期重組后保留下來(lái)的基因(位點(diǎn))間連鎖不平衡(linkagedisequilibrium,ld)為基礎(chǔ),將目標(biāo)性狀表型的多樣性與基因(或標(biāo)記位點(diǎn))的多態(tài)性結(jié)合起來(lái)分析,可直接鑒定出與表型變異密切相關(guān)且具有特定功能的基因位點(diǎn)或標(biāo)記位點(diǎn)。在全基因組范圍內(nèi)進(jìn)行整體研究,能夠一次性對(duì)優(yōu)良性狀進(jìn)行輪廓性概覽,適用于挖掘優(yōu)良性狀等的研究。
分子標(biāo)記技術(shù)(molecularmarkertechnologies)是分子育種中的重要工具。近年來(lái),隨著棉花二倍體、四倍體全基因組測(cè)序的完成和高通量dna測(cè)序技術(shù)的突飛猛進(jìn),申請(qǐng)人已成功完成了419份棉花核心種質(zhì)資源的重測(cè)序。通過(guò)生物信息學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對(duì),獲得大量高質(zhì)量的snps,這些snps可用于單體型圖譜、遺傳圖譜、關(guān)聯(lián)性圖譜、指紋圖譜的構(gòu)建,為分子育種、系統(tǒng)進(jìn)化、種質(zhì)資源鑒定提供重要保障。本發(fā)明利用全基因組關(guān)聯(lián)分析定位了與陸地棉子指關(guān)聯(lián)的一批(snp)分子標(biāo)記,為分子標(biāo)記輔助選擇及聚合育種改良棉花品質(zhì)奠定基礎(chǔ)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供與陸地棉子指相關(guān)的snp分子標(biāo)記及其在分子育種中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供的與陸地棉子指相關(guān)的snp分子標(biāo)記,其核苷酸序列如seqidno.1-119任一個(gè)所示。
上述snp分子標(biāo)記其snp位點(diǎn)位于seqidno.1-119任一個(gè)核苷酸序列的第50位堿基。本發(fā)明119個(gè)snp分子標(biāo)記的信息見表1。
表1與陸地棉子指關(guān)聯(lián)的snp標(biāo)記
含有上述snp分子標(biāo)記的基因芯片屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明提供了上述snp分子標(biāo)記或含有該snp分子標(biāo)記的基因芯片在棉花子指的早期預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供了上述snp分子標(biāo)記或含有該snp分子標(biāo)記的基因芯片在高產(chǎn)棉花早期預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供了上述snp分子標(biāo)記或含有該snp分子標(biāo)記的基因芯片在棉花種質(zhì)資源改良中的應(yīng)用。
本發(fā)明還提供了與陸地棉子指相關(guān)的snp分子標(biāo)記組合,其為含有核苷酸序列分別如seqidno.1-119任二個(gè)或多個(gè)所示的snp分子標(biāo)記,其snp位點(diǎn)均位于seqidno.1-119任一個(gè)核苷酸序列的第50位堿基。
本發(fā)明提供了含有上述snp分子標(biāo)記組合的基因芯片。
本發(fā)明提供了上述snp分子標(biāo)記組合或含有該snp分子標(biāo)記組合的基因芯片在鑒定高產(chǎn)棉花品種中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供了上述snp分子標(biāo)記組合或含有該snp分子標(biāo)記組合的基因芯片在高產(chǎn)棉花分子標(biāo)記輔助育種中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供了上述snp分子標(biāo)記組合或含有該snp分子標(biāo)記組合的基因芯片在棉花種質(zhì)資源改良中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供了上述snp分子標(biāo)記組合或含有該snp分子標(biāo)記組合的基因芯片在棉花子指早期預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。
用于檢測(cè)本發(fā)明所述的snp分子標(biāo)記的特異性引物對(duì)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:本發(fā)明提供的與棉花子指相關(guān)的snp分子標(biāo)記,直接以dna的形式表現(xiàn),在棉花的各個(gè)組織和發(fā)育階段均可檢測(cè),不受環(huán)境和季節(jié)限制,不存在表達(dá)與否等問(wèn)題影響,不用分析片段的長(zhǎng)度,只需+/-的分析,適于快速、規(guī)?;?、自動(dòng)化篩查。本發(fā)明不僅可用于棉花子指的早期預(yù)測(cè)和篩選,還可用于高產(chǎn)和低產(chǎn)棉花品種的選育。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明,但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下,對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換,均屬于本發(fā)明的范圍。若未特別指明,實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
實(shí)施例1與陸地棉子指相關(guān)的snp分子標(biāo)記的篩選
1、棉花子指測(cè)定:419份棉花核心種質(zhì)資源田間試驗(yàn)于2014年和2015年連續(xù)兩年分別在河北滄州、河南安陽(yáng)、湖北荊州、江蘇鹽城、甘肅敦煌和新疆阿拉爾共6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。小區(qū)面積6m2,每小區(qū)1行,行距0.8m、株距0.3m,觀察道0.8m,隔離道1.2m,每重復(fù)20株。試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù),正常的大田栽培管理。從測(cè)單鈴重時(shí)收獲的20鈴的種子中隨機(jī)數(shù)100粒正常棉子(未經(jīng)脫絨,去掉破子、癟子、蟲籽、未熟籽等),設(shè)2次重復(fù),用0.1g的電子分析天平稱其重量,作為該品種的子指。
2、snp的檢測(cè):取棉株嫩葉,利用植物基因組提取試劑盒提取5ug高質(zhì)量的棉花基因組dna。上述提取的基因組dna送到北京諾禾致源生物技術(shù)有限公司,用于基因組重測(cè)序。測(cè)序獲得高質(zhì)量的cleandata數(shù)據(jù)量為6454gb,平均每個(gè)樣品15.4g,測(cè)序深度6.55倍以上。利用basecalling分析及低質(zhì)量堿基過(guò)濾,獲得有效原始dna序列數(shù)據(jù)。有效的高質(zhì)量測(cè)序數(shù)據(jù)通過(guò)bwa軟件比對(duì)到棉花參考基因組,比對(duì)結(jié)果經(jīng)samtools去除重復(fù)獲得樣品有效高質(zhì)量序列。采用gatk軟件進(jìn)行群體snp的檢測(cè)。利用貝葉斯模型檢測(cè)群體中的多態(tài)性位點(diǎn),對(duì)gatk(26,740,963個(gè)snp位點(diǎn))結(jié)果snps進(jìn)行過(guò)濾,以獲得高質(zhì)量的snps。利用annovar軟件對(duì)snp檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行注釋。
3、陸地棉子指性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析:陸地棉子指性狀全基因組掃描(gwas)定位,對(duì)步驟(1)所得的陸地棉子指性狀結(jié)果和步驟(2)所得的基因型數(shù)據(jù),采用genome-wideefficientmixed-modelassociation(gemma)統(tǒng)計(jì)分析軟件的混合線性模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,具體可參考(http://www.xzlab.org/software.html)。統(tǒng)計(jì)模型為:
y=xα+zβ+wμ+e
y為表型性狀,x為固定效應(yīng)的指示矩陣,α為固定效應(yīng)的估計(jì)參數(shù);z為snp的指示矩陣,β為snp的效應(yīng);w為隨機(jī)效應(yīng)的只是矩陣,μ為預(yù)測(cè)的隨機(jī)個(gè)體,e是隨機(jī)殘差,服從e~(0,δe2)。該模型中,通過(guò)在μ中加入親緣關(guān)系矩陣來(lái)校正群體分析。分析發(fā)現(xiàn)有共計(jì)119個(gè)snp與陸地棉子指性狀顯著相關(guān),見表1。其中,參照系的“效應(yīng)值”值為“0”,定義與參照系相比,snp位點(diǎn)突變后棉花子指較參照系變大為負(fù)效應(yīng),反之為正效應(yīng)。“觀測(cè)數(shù)值”是指在419份核心種質(zhì)資源中具有該snp位點(diǎn)的資源數(shù)目。
對(duì)419份棉花材料進(jìn)行了2年、6個(gè)地點(diǎn)、12個(gè)自然環(huán)境的種植,并檢測(cè)分析了這些品種的子指。通過(guò)illuminahiseq測(cè)序平臺(tái)對(duì)這419份棉花品種進(jìn)行基因組重測(cè)序,獲得高質(zhì)量的cleandata數(shù)據(jù)量為6454gb,平均每個(gè)樣品為15.4g,測(cè)序深度達(dá)6.55倍以上。通過(guò)gwas分析累計(jì)21個(gè)計(jì)算值(2年6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)共計(jì)12個(gè)環(huán)境;每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的年間均值共計(jì)6個(gè);6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)每年的育種值共計(jì)2個(gè);所有12個(gè)環(huán)境的育種值記為1個(gè),上述總計(jì)為21個(gè)計(jì)算值)獲得至少在一個(gè)及以上環(huán)境中穩(wěn)定出現(xiàn)的與陸地棉子指關(guān)聯(lián)的snp分子標(biāo)記119個(gè)(表1)。利用419份棉花核心種質(zhì)資源2年6點(diǎn)共計(jì)12個(gè)環(huán)境下的子指的總平均值作為表型值對(duì)上述snp的效應(yīng)進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果顯示75.63%的snp表現(xiàn)出對(duì)子指性狀變異具有顯著的影響。
4、結(jié)論:本發(fā)明的棉花子指相關(guān)的snp分子標(biāo)記,直接以dna的形式表現(xiàn),在棉花的各個(gè)組織和發(fā)育階段均可檢測(cè),不受環(huán)境和季節(jié)限制,不存在表達(dá)與否等問(wèn)題影響,不用分析片段的長(zhǎng)度,只需+/-的分析,適于快速、規(guī)?;?、自動(dòng)化篩查。本發(fā)明不僅可用于棉花子指的早期預(yù)測(cè)和篩選,還可用于高產(chǎn)和低產(chǎn)棉花品種的選育。
雖然,上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述,但在本發(fā)明基礎(chǔ)上,可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn),這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此,在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn),均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
sequencelisting
<110>河北農(nóng)業(yè)大學(xué)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所
<120>與陸地棉子指相關(guān)的snp分子標(biāo)記及其應(yīng)用
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