芥菜花色突變基因定位

芸薹屬是十字花科下一個重要屬種，包括了多種常見的農業及園藝作物，像白菜、芥菜、甘藍、油菜等，小編上期已與大家分享了由我公司參與，近期發表在DNAresearch上，基於SLAF-seq測序技術對甘藍型油菜早熟性狀進行了全基因組關聯分析的文章。下面給大家分享一篇同樣是芸薹屬品種--芥菜的重測序分析的文章，該文章由華中農業大學與百邁客合作，發表於MolGenet Genomics，基於重測序-BSA定位芥菜白花突變體Bjpc2基因。

1材料與方法

親本：白花芥菜JG800-1，黃花芥菜L12-5

群體：BC4群體；

混池規模：30+30

測序平台：Illumina HiSeq

測序策略：親本20×，子代混池30×

分析方法：Δ (SNP-index) 關聯分析

轉錄水平分析：QRT-PCR和RNA-seq

表型分析：高效液相色譜（HPLC）和透射電鏡（TEM）

2結果與分析

1.表型的鑒定

芥菜親本JG800-1表現為白花表型，L12-5表型為黃花表型，通過對其雜交BC3群體表型基因型分析，發現BjPC1和BjPC2兩基因影響著JG800-1的花色，前期已將BjPC1定位到0.13-cM區段內。在本研究中，作者利用JG800-1與L12-5雜交BC4群體對BjPC2進行基因定位。

圖1 芥菜不同花色變化

2.全基因組測序分析

作者對兩親本，兩混池測序分析，共得到149.09 G raw data，過濾低質量數據，得到148.53 G cleandata，Q30達到88.76%，基因覆蓋度> 88%。通過對兩混池間1193969 SNP位點Δ(SNP-index)關聯分析，將BjPC2 初步定位至B04 染色體0.06–1.66Mb，2.12–2.97 Mb兩個區段內（圖2）。

圖2 BjPC2 初定位

3.基因精細定位

為進一步克隆BjPC2，基於親本測序數據，在初定位區段內開發SSR引物，通過圖位克隆的方法定位基因。通過標記檢測，作者在SSR111處發現1株交換單株，SSR80、SSR110標記表現出沒有交換單株，與BjPC2共分離，SSR78處有4株交換單株，且不同於SSR111處的交換單株，最終將BjPC2定位至SSR78與SSR111標記之間31-kb區間內，在此區間內有6個候選基因（BjuB027330，BjuB027331，BjuB027332，BjuB027333，BjuB027334，BjuB027335）（圖3）。

圖3 BjPC2 精細定位

4.候選基因預測

作者通過對6個候選基因轉錄本測序分析，發現其中5個發生了非同義突變。QRT-PCR結果顯示，這5個基因中，BjuB027331和 BjuB027333 幾乎在黃色和白色花瓣中未檢測到表達，BjuB027330 和 BjuB027332在黃色和白色花瓣中表達量雖有差異但兩者表達量均較低，然而在黃色花瓣中BjuB027334基因表達量是白色花瓣的7倍（圖4a），BjuB027334編碼擬南芥AT3G26840的同源蛋白，該蛋白具有植酸酯合成和二醯基甘油醯基轉移酶活性。另外，不同花色材料不同組織的BjuB027334表達數據顯示，BjuB027334隻在花瓣中存在差異表達（圖4b）。RNA-seq結果顯示，BjuB027334在白色花瓣中的表達量比黃色花瓣下調了5倍，這與QRT-PCR結果是一致的。所以，作者推測BjuB027334可能為控制花色的候選基因。

圖4 候選基因表達量檢測

作者為探索白花與黃花表型的差異是否由於類胡蘿蔔素的積累差異導致，利用HPLC技術，發現白色的花瓣沒有積累類胡蘿蔔素酯，從而導致類胡蘿蔔素積累減少。此外，芥菜中類胡蘿蔔素特別是紫黃素的積累，導致產生了黃色花瓣。利用TEM技術對白色和黃色花瓣的質體進行形態觀察發現，隨著花瓣發育，黃色花瓣的質體逐漸轉化成有色體並充滿質體球滴結構，而白色花瓣的質體沒有發育為有色體，質體球滴結構的數量也非常少（圖5）。

圖5 透射電鏡觀察黃色和白色花瓣中質體不同發育階段的形態

3總結

在本文中，作者首先應用重測序BSA對BjPC2初定位，基於測序數據設計引物進行基因定位，後期結合轉錄組數據，找出候選基因，通過HPLC與TEM數據解釋了白花突變體表型形成的原因。

文章到這裡就結束了，小編還有意猶未盡之感，後期BjPC2的基因命運如何，期待作者對其功能的探索。通過BSA、遺傳圖譜進行基因挖掘是開啟後面功能研究的基礎，小編總結了下2017年百邁客遺傳群體發表過的文章，遺傳圖譜文章有21篇，累計影響因子72+，BSA發表文章8篇，累計影響因子19+。以下是文章列表：

參考文獻

Zhang X, Li R, Chen L, et al. Fine-mapping and candidate geneanalysis of the Brassica juncea, white-flowered mutant Bjpc2, usingthe whole-genome resequencing[J]. Molecular Genetics &Genomics, 2017:1-12.