关联分析定位水稻第4号染色体的芒性基因并结合连锁分析精细定位Awn4.1

芒性是水稻一个重要的驯化相关性状,但目前还没有其精细定位及关联分析的报道.利用303份栽培稻微核心种质材料和一个200株的BC5F2分离群体,考察其芒性表现和基因型,通过关联分析和连锁分析相结合的方法定位水稻第四号染色体的芒性基因.首先,运用logistic回归进行标记与性状的初步关联分析,在第4号染色体上发现了5个关联位点,包括了前人所发现的所有位点.然后,在其中一个位点Awn4.1的区间内加密标记,通过连锁分析与关联分析相结合的策略将芒基因Awn4.1精细定位在330kb的区间内,为克隆芒基因Awn4.1打下基础.结果表明,利用核心种质材料,结合连锁分析与关联分析方法能够更加高效和准确地定位水稻基因.     

识别汉族遗传结构和控制复杂疾病关联研究群体分层的遗传标记建立

正[本刊讯]中国科学院一马普学会计算生物学伙伴研究所徐书华研究员与上海交通大学师咏勇教授、复旦大学金力教授合作,建立了识别汉族遗传结构和控制复杂疾病关联研究中群体分层的遗传标记,研究成果于2013年5月29日在线发表于European Journal of Human Genetics。该研究针对复杂疾病关联研究中由于群体遗传结构(或群体分层)导致的假阳性结果问题,建立了一套识别汉族内部遗传结构和控制复杂疾病关联分析中群体分层的遗传标记。该标记尤其适用于"后全基因组关联研究(post-GWAS)"时代的基于候选基因策略的关联研究。关联分析是研究复杂疾病遗传影响因素并建立"表型-基因型"联系的     

中国对虾遗传连锁图谱的构建

中国对虾是中国重要的水产资源之一, 其自然群体主要分布于中国黄渤海沿海海域和朝鲜半岛海域. 中国对虾遗传连锁图谱的构建, 可以加速分子标记辅助育种和控制重要经济性状基因鉴定的研究, 为中国对虾遗传改良和优良品种的培育提供基础信息. 利用中国对虾F₂群体家系和AFLP分子标记技术进行了中国对虾遗传连锁图谱的构建. 利用55对AFLP引物组合对F₂家系的110个个体进行了研究, 检测到532个符合作图策略的AFLP标记. 对于符合3∶1比例的分离位点利用F₂自交模型构建性别平均连锁图谱, 对于符合1∶1比例的分离位点利用拟测交理论分别构建中国对虾的雌性和雄性遗传连锁图谱. 雌性遗传图谱分别由103标记组成28个连锁群, 没有未连锁标记, 图谱长度分别为1090 cM. 雄性遗传图谱由144个标记构成35个连锁群, 有10个未连锁标记, 图谱长度分别为1617 cM. 中国对虾雄性遗传连锁图谱比雌性遗传连锁图谱长32.6%, 这可能说明中国对虾不同性别存在不同的重组率. 性别平均遗传图谱有44个连锁群, 由216个标记组成, 有2个未连锁标记, 图谱实际长度为1772.1 cM. 中国对虾遗传连锁图谱基因组估计长度为2420 cM, 符合与人类基因组相比的对虾类基因组长度. 通过皮尔逊相关系数检测认为AFLP标记在中国对虾图谱上分布均匀. 本研究利用AFLP标记构建的中国对虾遗传连锁图谱为中国对虾基因组研究和遗传改良提供一定的基础, 同时开发的微卫星标记也为遗传连锁图谱的整合提供条件.     

水稻阶段性返白突变体的鉴定和候选基因分析

从粳稻品种中花11 的后代中发现了一个叶色突变体sgra, 该突变体幼苗期叶色正常, 而6~8 叶期以后新生叶白化, 随后白化叶转绿. 突变体的遗传分析表明, 该突变体表型受1 对隐性核基因控制. 利用籼粳杂交F2群体对突变位点进行了基因定位, 将其定位于水稻第11 染色体的2 个标记ID343-11 和PSM415 之间, 遗传距离分别为0.9 和1.0 cM. 随后, 利用已公布的水稻序列和SSR标记, 在两标记间发展了9 对新的标记, 进一步将SGRA基因定位在IDM-2 和RM26739 之间, 物理距离约为17.6 kb. 对野生型和突变体候选区段基因组DNA 测序分析表明, 候选基因编码一个ABC 转运蛋白.     

两个来源于野生稻的抗褐飞虱新基因的分子标记定位

选用抗源来自药用野生稻（Oryza offcinalis Wall)的抗褐飞虱品系B5为父本,与感虫品种台中本地1号（TN1）杂交,随机选取167个F2单株构成定位群体。运用RFLP技术,采用集团分离分析法（bulked segregant analysis,BSA),对水稻抗褐飞虱基因进行分子标记定位。于第3和第4染色体找到与抗褐飞虱基因连锁的RFLP标记。构建了连锁标记附近区域的RFLP遗传连锁图谱,对这两个抗位点进行了QTL（quantitative trait locus)分析,将这两个抗褐飞虱基因分别定位于第3染色体的G1318和R1925,第4染色体的C820和S11182之间。与已报道的水稻抗褐飞虱基因位点相比较,表明这两个抗褐飞虱基因是新的抗性位点。抗褐飞虱基因新位点的发现和分子标记的建立,为水稻抗虫分子标记辅助育种和抗褐飞虱基因克隆打下了良好基础。     

稻瘟病菌新无毒基因AvrPi7的遗传及物理作图

稻瘟病是目前最具毁灭性的作物病害之一. 本研究通过由田间菌株CHL346和CHL42杂交得到的189个子囊孢子菌株构建的分离群体, 在亲本菌株CHL346中鉴定到了与水稻稻瘟病抗性基因Pi7对应的无毒基因AvrPi7. 为了确定AvrPi7位点的染色体位置, 本研究开发了一套基于稻瘟病菌测序菌株70-15全基因组序列的121个微卫星(simple sequence repeat, SSR)标记. 利用这些SSR标记对AvrPi7位点进行了连锁分析. 结果表明, 位于第1染色体的8个SSR标记与该无毒基因连锁, 其中2个最近的侧翼标记MS1-9和MS1-15分别距离AvrPi7位点3.2和16.4 cM. 为了进一步完成该位点的精细作图, 在MS1-9和MS1-15的侧翼区域进一步开发了8个SSR标记和3个候选无毒基因(candidate avirulence gene, CAG)标记. 通过对这些标记的连锁分析, AvrPi7位点被界定于标记MS1-21和MS1-22之间1.6 cM的区域内, 并与标记CAG2共分离. 为了构建该无毒位点的物理图谱, 通过生物信息学分析(bioinformation analysis, BIA), 将与该基因连锁的分子标记分别着陆于参考菌株70-15的超重叠群(supcontig)上. AvrPi7位点最终被界定在标记MS1-21和MS1-22之间的75 kb区段内. 本研究的结果对于进一步了解真菌中普遍存在的重组不平衡和部分二倍体等现象, 以及对该基因进行克隆及其功能研究具有重要意义.     

水稻散生突变体的遗传和基因定位研究

分蘖角度是构成水稻理想株型和高产育种的重要农艺性状之一. 通过对水稻散生突变体的遗传学分析认为, 该散生表型受一隐性核基因控制, 与已报道的水稻散生突变体la等位, 故将此突变体命名为la-2, 而原突变体被重新命名为la-1. 利用la-2与w11和浙福802分别杂交产生的F₂群体对LA位点进行遗传定位, 发现其与第11号染色体上的微卫星标记RM202和RM229连锁, 遗传距离分别为10.0和8.0 cM. 通过进一步在两标记间发展的6个新的分子标记, 将该基因精确地定位于约0.4 cM的区间. 为进一步克隆LA基因和探讨水稻分蘖角度的控制机制奠定了良好的基础.     

水稻含隐性抗白叶枯病基因xa5的24kb片段的鉴定与基因预测

水稻xa5基因是具有重要研究和育种价值的隐性广谱抗白叶枯病基因.利用水稻品系IR24及其近等基因系IRBB5(含xa5基因)杂交组合,构建了含4892个单株的F2定位群体.同时,利用与xa5连锁的RFLP标记筛查含xa5基因的水稻抗性品系IRBB56的BAC文库,构建了一个覆盖目标基因位点的长约213kb的跨叠克隆群.根据国际水稻基因组和中国超级杂交稻基因组序列,以及跨叠克隆群的部分亚克隆测序,设计了一系列SSLP和CAPS标记对目标基因进行精细遗传定位.xa5基因定位在2个CAPS标记K5和T4之间且与T2共分离,标记K5和T4之间的遗传距离为0.3 cM,物理距离约为24 kb.对xa5基因所在的24 kb片段DNA序列进行基因预测,揭示出可能编码ABC转运蛋白和转录因子TFIIA小亚基的2个基因.对这一区段及其编码基因的功能研究将阐明xa5抗白叶枯病的分子机制.     

利用微卫星标记扩充水稻双单倍体群体的遗传图谱

微卫星标记已在人类与动物的遗传作图中得到了广泛应用.微卫星标记所揭示的是简单顺序长度多态性(Simple Sequence Length Polymorphism,SSLP),可利用PCR方法检测,因而快速简便,而且所需DNA量少.微卫星标记在遗传分析中表现为共显性,具有高度的多态性,往往有多个等位形式存在,信息含量很高,目前,在植物中微卫星标记主要用于基因型分析,品系分析及基因定位,尚未大规模用于遗传作图,在水稻中,通过筛选基因组文库和检索DNA序列库,已经获得了58个微卫星标记.本研究对一个水稻双单倍体(DH)群体进行了微卫星标记遗传作图工作,将89个微卫星标记较均匀地定位在已有的遗传图谱上,为今后应用微卫星标记定位水稻基因和标记辅助育种奠定了基础     

基因狩猎：功能克隆定位克隆和表型克隆

致病基因的成功分离使人类能够深入洞察遗传性疾病的发病机理,并能对其进行科学的诊断和防治,同时也直接促进了生物高技术的进步,因此,它是现代遗传学最激动人心的领域.本文论述了基因克隆的发展历程和三种主要策略即功能克隆、定位克隆和表型克隆及其基本原理和重要成就,并展望了发展趋势.随着人类基因组计划的进展,定位克隆的一个新版本——定位候选基因技术正成为基因克隆的一种快捷高效的策略;表型克隆具有高度覆盖面和解析力,对复杂遗传病相关基因的围猎有独特的价值.     

S7核糖体蛋白基因序列变异及其在低等鲤科鱼类中的系统发育意义

鲤科是世界鱼类中最大的科，有210余属2010种，为研究其系统发育关系需要筛选合适的DNA标记，将S7核糖体蛋白基因用作遗传标记进行鲤科鱼类的系统发育分析，通过PCR方法，扩增了长度为602bp的胭脂鱼以及长度为655～859bp的16种鲤科鱼类的S7基因内含子1序列，序列排列得到925个排列位点，其中信息位点499个，占全部位点的54%，结果表明，鲤科鱼类S7基因内含子1序列具有丰富的信息位点，并且在亲缘关系不同的物种间存在显著的序列差异，基于S7基因内含子1序列的NJ（neighbor-joining）和MP(most-parsimony）分支树经1000次重复抽样试验后，节点的自展支持率普遍高于以细胞色素b及线粒体控制区(d-loop）基因为遗传标记时所得到的分支树，因此，S7基因内含子1作为遗传标记在鲤科系统发育研究中的分辨率是比较高的，它是一个适合鲤科内亚科水平系统发育研究的有用的分子遗传标记，但S7基因内含子1是否适用于鲤形目科间或科以上水平的分子系统学分析，有待进一步研究。     

水稻穗部突变体Cl的形态和定位分析

簇生穗突变体Cl表型为多数枝梗顶端有2或3个小穗簇生在一起. 利用扫描电子显微镜观察显示, Cl的功能与水稻枝梗顶部的发育有关, 同时Cl影响了顶端小穗的伸长; 而Cl突变体中穗粒数有一定降低, 提示Cl基因可能对水稻穗粒数也有一定的影响. 分别利用Cl与中花11及Cl与浙辐802 杂交的F2群体对Cl位点进行遗传定位, Cl位点初步定位在第6染色体的CAPS标记CK0214和SS0324之间. 为了进一步精细定位Cl位点, 在CK0214和SS0324之间发展了5个CAPS标记, 连锁分析表明, Cl与其中2个标记R0674E和C12560紧密连锁, 遗传距离分别为0.2和2.1 cM, 并且Cl被定位在这两个标记之间. 以此为起点, 构建覆盖Cl基因区域的PAC 重叠群, 两个PAC克隆AP004571和AP004236将Cl位点覆盖, 物理距离为196 kb, 为最终克隆Cl基因奠定了基础. 等位性测定显示, Cl与另一个水稻簇生穗突变体Cl2是等位突变.     

玉米抗纹枯病QTL分子标记定位

用抗玉米纹枯病自交系CML270和感病自交系478的(CML270×478)×CML270 BC_1∶2群体共322个株系为作图和定位群体, 构建了125个SSR标记位点的遗传连锁图谱, 覆盖玉米基因组1939.0 cM, 平均图距15.5 cM. 采用复合区间定位分析, 检测到玉米纹枯病抗病指数主效QTL位点3个, 2个位于第1染色体, 1个位于第7染色体上, 它们分别能解释表型变异的18%~20%; 控制株高的QTL位点7个, 分别位于第3~6染色体上, 控制“穗位高”的QTL位点5个, 分别位于第3, 4, 6染色体上. 自交系CML270玉米纹枯病抗性主效QTL真实存在, 抗性与植株高度遗传上不存在连锁关系, 为玉米纹枯病分子标记辅助选择(MAS)和抗性基因分离与克隆提供了技术和材料支撑.     

利用混合分离分析法和Mapmaker/Exp软件定位互作基因的策略

质量性状通常受单个基因控制, 但有时也受两个甚至更多基因的控制, 这种现象称为基因互作. 用混合分离分析(bulked segregant analysis, BSA)快速寻找连锁分子标记, 然后用Mapmaker/Exp软件构建局域连锁图, 已成为定位单个主基因的常用方法. 但由于基因互作的遗传模式与单基因差异很大, 因此针对单基因定位的方法和软件不能简单地应用于互作基因的定位. 目前还没有提出快速筛选与互作基因连锁的分子标记的实验方法以及同时分析多个分子标记与互作基因间连锁关系的统计方法和相应的计算机软件. 为解决这个问题, 本研究提出利用BSA和Mapmaker/Exp定位互作基因的策略. 结果表明, 除个别情况需要用到F3代之外, 绝大多数互作基因都可以直接在F2代用“BSA + Mapmaker/Exp”的策略进行定位. 由于BSA和Mapmaker/Exp已广泛应用于基因定位研究, 为许多学者所熟悉, 因此, 本研究提出的策略具有很好的实用性.     

水稻脆性突变体的分离及其基因定位

水稻脆性突变体（嫩稻）是从γ射线诱变的籼稻品种双科早的M2代中筛选而来的茎、叶较脆突变体,被命名为fpl。利用嫩稻和C－堡杂交的F2群体对fpl位点进行了精细的遗传定位。fpl位点首先被初步定位在水稻第3染色体着丝粒附近的微卫星DNA分子标记RM16和STS分子标记G114a之间,遗传距离分别为3.1和9.1cM。为了进一步定位fpl位点,在RM16t G144a间发展了一个CAPS分子标记C524a,与fpl位点的遗传距离为0.4cM。这一结果为进一步构建覆盖fpl基因区域的BAC重叠群和最终克隆fpl基因奠定了坚实的分子基础。等位性测定表明fpl与已知的水稻茎突变基因bcl等位。     

回交、DH和RIL偏分离群体遗传图谱的重新构建

分子标记偏离孟德尔分离比例(称偏分离)是一种普遍的生物学现象. 虽然偏分离可能会影响标记间遗传距离的估计值和数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)定位结果, 但在遗传连锁图构建和QTL定位中偏分离的影响常常被忽视. 在分子标记存在偏分离、显性和缺失情况下, 根据隐马尔可夫模型, 我们已发展了一种新的多点方法来重新构建F2群体分子标记连锁图, 以解决偏分离对标记连锁图构建的影响. 本文简化了上述方法以适用于回交、加倍单倍体和重组自交系群体. 模拟研究表明: (ⅰ) 两连锁偏分离基因座(segregation distortion locus, SDL)影响标记间遗传距离的程度随SDL遗传率和标记间遗传距离的增加而增加, 但受样本容量的影响较小; (ⅱ) 两连锁SDL一般会低估标记间遗传距离, 但是, 加性模型下两个SDL加性效应符号相反时会高估之, 上位性模型下两SDL加性×加性效应为负时却不影响其估计; (ⅲ) 用本文的方法均能矫正遗传距离估计值的偏差. 将新发展的方法应用于已构建的一个存在严重偏分离的水稻(Oryza sativa L.)籼粳杂交组合IR28×大关稻的F7代重组自交系群体, 重新构建了分子标记遗传图谱, 并用Bootstrap法获得了遗传距离的95%置信区间. 这些结果进一步印证了本文发展的新方法. 这为数量性状和生活力性状的遗传分析提供了基础. 为实际数据分析研制的DistortedMap计算机软件可供利用.     

聚合酶链式反应(PCR)用于地中海贫血的产前诊断

DNA分析已成为诊断许多遗传疾病选用的方法。1978年发现DNA的限制性片段长度多态性(RFLP)与镰刀形贫血病基因(Hb s)连锁不平衡现象,成功地对有Hb s风险的胎儿进行了产前诊断。此后,RFLP作为基因的遗传标记广泛应用于基因的连锁分析和遗传疾病的诊断。1983年建立的寡核苷酸探针检测基因突变的技术,可     

水稻含隐性抗白叶枯病基因xa5的24 kb片段的鉴定与基因预测

水稻xa5基因是具有重要研究和育种价值的隐性广谱抗白叶枯病基因. 利用水稻品系IR24及其近等基因系IRBB5(含xa5基因)杂交组合, 构建了含4892个单株的F₂定位群体. 同时, 利用与xa5连锁的RFLP标记筛查含xa5基因的水稻抗性品系IRBB56的BAC文库, 构建了一个覆盖目标基因位点的长约213 kb的跨叠克隆群. 根据国际水稻基因组和中国超级杂交稻基因组序列, 以及跨叠克隆群的部分亚克隆测序, 设计了一系列SSLP和CAPS标记对目标基因进行精细遗传定位. xa5基因定位在2个CAPS标记K5和T4之间且与T2共分离, 标记K5和T4之间的遗传距离为0.3 cM, 物理距离约为24 kb. 对xa5基因所在的24 kb片段DNA序列进行基因预测, 揭示出可能编码ABC转运蛋白和转录因子TFIIA小亚基的2个基因. 对这一区段及其编码基因的功能研究将阐明xa5抗白叶枯病的分子机制.     

玉米产量及构成因子主效和上位性QTL的全基因组扫描分析

在此前构建的含174个分子标记的连锁图基础上, 新增31个分子标记, 并利用统计分析的方法对基因型数据进行检测, 剔除基因型明显有误的数据, 构建了共包含205个分子标记, 平均间距为11.2 cM, 覆盖玉米全基因组10条染色体的分子标记连锁图. 基于统计学的基因型数据检测, 能显著提高连锁图构建的准确性. 结合一年两点6个重复的田间实验, 利用软件R/qtl进行主效和上位性QTL分析, 同时利用多区间作图法(MIM)验证主效QTL和主效QTL互作的真实性和位置. 通过MIM方法, 检测到控制产量、行粒数、行数和百粒重的主效QTL分别为5, 5, 7和5个, 分别能解释35.3%, 37.4%(含1个互作QTL), 61.5%和39.7%的遗传变异; 除行粒数的2个QTL之间存在显著性互作之外, 其他性状的主效QTL之间都没有检测到显著性互作存在. 同时, 还检测到24个上位性互作QTL, 这些QTL涉及的位点几乎分布于所有10条染色体. 这些互作QTL以主效QTL与无显著效应基因座之间的互作居多, 对所有4个性状而言比例接近三分之二. 这也说明主效QTL除了单独起作用之外还可以通过与其他没有显著效应的基因座之间互作来影响性状表达. 结果表明, 上位性QTL在玉米产量性状的遗传中可能与主效QTL一样也起着重要的作用.     

重度抑郁症多脑区基因表达谱分析

重度抑郁症(major depressive disorder,MDD)是一种环境与遗传因素共同作用导致多个基因功能失调的复杂疾病,现正在严重危害全球人类的身心健康.全基因组基因表达分析能检测全基因组基因的时空表达模式,正被广泛用于精神类疾病的研究.然而,由于MDD患者不同脑区可能存在不同的活化模式,以及该疾病可能受多个中效或微效基因的调控,传统的单脑区单基因分析方法难以有效揭示其发病的生物学机制.本研究采用多脑区以及基因集合的分析模式,搜集了前人研究中13个来源于不同脑区的、包含患者与对照组脑转录组数据的数据集,对其进行基因集富集分析(gene set enrichment analysis).结果显示神经元分子标记基因集在纹状体、前扣带皮层和杏仁核中显著下调,这与目前研究者对MDD分子机理的理解较为一致.我们的分析也显示MDD患者脑中胶质细胞的分子标记物活性出现异常,但是其在不同脑区与同一脑区不同数据集间却呈现复杂的变化模式.一个有趣的发现是,星形胶质细胞分子标记基因集与少突胶质细胞分子标记基因集在MDD患者前扣带皮层脑区的活性在男女样本中呈现相反的变化趋势,在杏仁核也存在活性变化的性别差异.在MDD与双相情感障碍和精神分裂症的比较分析中,我们发现与MDD类似,神经元分子标记基因集的活性在双相情感障碍与精神分裂症患者的多个脑区也呈现一致性下调,而在这2种疾病中胶质细胞分子标记基因集与脉络丛分子标记基因集的活性则与抑郁症存在差异.总体来看,本研究基于对大数据的分析,从全基因组角度对抑郁症的分子机理进行了一些探索,鉴别了一些在抑郁症患者中分子活性反常的脑区以及可能与这些反常相关联的群体或个体基因表达模式,为后期的功能研究提供候选分子靶标,为诠释基因-脑-行为的关系奠定基础.