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基于SALF-seq的玉米抗大斑病基因QTL分析

更新时间:2009-03-28

随着社会经济的发展,全球的玉米需求量持续增长,这将拉动国内市场对玉米的需求大幅度上涨。在我国目前的生产条件下,要持续提高产量、改善品质,就必须提高玉米品种的抗逆性。大斑病是重要的玉米病害之一,严重制约着玉米产业发展。近几年玉米大斑病在我国东北地区又有回升之势,发病严重地块减产高达20% ~50%[1],严重制约着东北春玉米区的粮食生产,而选育栽培抗病品种是防治病害发生最经济、有效的方法。而抗病基因的挖掘与利用是快速选育抗病品种的必要前提。

玉米大斑病质量抗性基因的位置与抗性表现各异。包括 Htl、Ht2、Ht3、HtN(Htn1、Htm1)、ht4、HtP(rt)和 Bx,分别被定位于 2.07、8.05、7.04、8.06、1号染色体短臂、2.08和4号染色体短臂[2~9]。但这些质量抗性基因只对大斑病菌的特定生理小种表现抗病性,而我国大斑病生理小种易变异,使得这些基因在我国大部分玉米产区生产中应用受到限制[10~11]

实验获得的S-N曲线如图3所示,它们均表现为连续下降。从S-N曲线来看,预冷变形处理后的材料的疲劳强度出现下降,在高应力下对应的循环寿命下降更为明显。其中,PCW处理和Un-PCW处理的材料107寿命对应疲劳强度分别为193MPa和202MPa,对应的疲劳强度与抗拉强度的比率也从40.5%下降为29.8%。

与质量抗性基因相比,数量抗病性(Quantitative disease resistance,QDR)在抗病育种中有更广阔的应用前景。大斑病数量抗性基因对目前已知不同生态地理区域的大斑病各生理小种均有效[12~13],并具有高度遗传特性[5]

本次会议由中国腐植酸工业协会和山东省土壤肥料工作总站联合主办、山东农大肥业科技有限公司协办。国务院国资委行业办宋光兰处长、山东省土壤肥料工作总站高瑞杰站长等嘉宾应邀出席,会议吸引了来自全国各地腐植酸同仁以及腐植酸肥料基层推广代表500余人参加。

目前,玉米大斑病抗性基因进行了大量的QTL研究,但由于使用材料的不同,发病条件不易控制,症状难以测定等因素,导致QTL定位结果不尽相同。目前已有81个QTL位点被鉴定到,其中 1号染色体[14~20];2号染色体[14,17,19,21~22];3 号 染 色 体 有[18~19,23~24], 4 号 染 色体[14~15,18~19,23],5号染色体[15~16,18~19,23~25],6号染 色 体[14,16,18],7 号 染 色 体[14],8 号 染 色体[14~16,18~19,22,24],9号染色体[14,19]。有报道利用GWAS分析,共获得81个候选基因,分布于多条染色体,其中12个基因是抗病相关基因[26]。目前只有Htn1已被克隆[27]

辣椒属茄科,一年生或有限多年生植物,也称番椒、大椒、辣子。“辣妹子”一生共有好几套靓衣——嗷嗷待哺时的绿,豆蔻年华时的橙或紫,到出嫁时喜庆的红。它怕冷,喜温,因此在南方选择婆家的居多,如果家境(土壤)不好还养不起呢!再看看它们的火爆脾气排行榜就知道:第一名是辣度高达220万(史高维尔单位,下同)而著名的“卡罗莱纳死神椒”,辣度比警用辣椒喷雾剂的高多了;第二名是146万,俗称“毒蝎椒”的“特立尼达蝎子布奇T”,相传在做辣椒酱时工作人员都要求身穿上防毒面具,火爆脾气可见一斑;第三名则是辣度100万的印度魔鬼椒“断魂”;第四名是辣度9700的英国“娜迦毒蛇”;第五名是智利红指辣椒“地狱之火”。

本研究利用大斑病混合小种多年多点抗病性接种鉴定,以筛选到在辽宁地区高抗玉米大斑病A619 Ht2和高感玉米大斑病辽3162为材料,构建BC1F1群体,采用SLAF-seq技术初步定位玉米抗大斑病基因。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2016年种植A619 Ht2(抗病亲本)×辽3162(感病轮回亲本)的BC1 F1群体各35行及其相应亲本各4行,行长3 m,每行13株,行距60 cm。

1.2 大斑病菌的扩繁与接种鉴定

Euclidean distance标记关联结果(图2)表明:对同一条染色体上多态性 SLAF标签的Δ(Euclidean distance),选择拟合后的关联阈值为0.2547,获得10个与性状显著相关的SLAF标签,共定位到1个关联区域。

[14] Brown,A.F.,Juvik,J.A.,Pataky,J.K.Quantitative trait Loci in sweet corn associated with partial resistance to stewart's wilt,northern corn leaf blight,and common Rust[J].Phytopathology,2001(91):293~300.

1.3 SALF-seq

采用改良 CTAB法[29]提取亲本及 BC1 F1群体各单株叶片基因组DNA,根据田间表型性状,选择50株抗病单株和50株感病单株建混池。

基因组DNA酶切后,得到的酶切片段(SLAF标签)进行3′端加A处理、连接Dual-index测序接头、PCR扩增、纯化、混样、切胶选取目的片段,文库质检合格后用IlluminaHiSeqTM2500进行测序。测序质量和数据量的评估后,通过reads间聚类的方法,开发SLAF标签。将得到的多态性SLAF标签,通过SNP_index方法进行关联分析,获得与性状紧密关联的SLAF标签,并将其定位到玉米参考基因组上,确定候选区域;通过与玉米参考基因组的比对,确定关联区域内基因;使用BLAST软件将候选基因分别与 NR、SwissProt、GO、COG、KEGG数据库比对,最终获得这些基因的注释信息和生物通路富集分析。

对治疗后患者的症状进行评估,显效为再无心肌梗死症状,有效为心肌梗死的心绞痛程度有所改善,无效为症状无变化甚至出现加重现象,显效率与有效率之和为治疗的总有效率。

SNP_index:是近年来发表的一种通过混池间的基因型频率差异进行标记关联分析的方法,主要是寻找混池之间基因型频率的显著差异,用Δ(SNP_index)统计。Marker与性状关联度越强,Δ(SNP_index)越接近于1。

计算方法简述如下:

Maa表示aa群体来源于M的深度;Paa表示aa群体来源于父本的深度;

Mab表示ab群体来源于M的深度;Pab表示ab群体来源于父本的深度;

SNP_index(ab)=Mab/(Pab+Mab);SNP_index(aa)=Maa/(Paa+Maa)。

[4] Hooker AL.Resistance to Helminthosporium turcicum from Tripsacum floridanum incorporated into corn[J].Maize Genet Cooperation News Lett.,1981(55):87~88.

对在同一条染色体上的多态性SLAF标签的Δ(SNP_index)进行 loess回归拟合(Hill et al.2013),获得关联的阈值,选择阈值以上的区域作为与性状相关的关联区域。Euclidean distance:是一种通过欧氏距离算法(四种碱基类型的深度在混池间的差异平方和的根)进行标记关联分析的方法,用ED表示。

计算方法简述如下:

Amut,Cmut,Tmut,Gmut分别表示某一位点上突变混池中A,C,T,G碱基的深度;

Awt,Cwt,Twt,Gwt分别表示某一位点上野生混池中 A,C,T,G的深度;

 

理论上,ED值越高代表该位点在两混池间的深度差异越大,离目标位点越近。确定ED值的显著性阈值的方法是对在同一条染色体上的多态性SLAF标签的ED进行loess回归拟合,获得该阈值,在阈值以上的区域即为与性状相关的关联区域。

 

表1 玉米抗大斑病鉴定病情级别划分Table 1 Level of NCBL

  

病情级别Level抗性评价Evaluation症状描述Symptoms described 1 高抗 叶片上无病斑或仅在穗位下部叶片上有零星病斑,病斑占叶面积少于或等于5%3抗穗位下部叶片上有少量病斑,占叶面积6%~10%,穗位上部叶片有零星病斑5 中抗 穗位下部叶片上病斑较多,占叶面积11%~30%,穗位上部叶片有少量病斑7感穗位下部叶片或穗位上部叶片有大量病斑,病斑相连,占叶面积31%~70%9 高感 全株叶片基本为病斑覆盖,叶片枯死

2 结果与分析

2.1 利用SLAF-seq技术的关联分析

2.1.1 多态性SLAF标签筛选

共开发195,107个SLAF标签,SLAF标签亲本平均测序深度为23.84x,混池平均测序深度为55.83x,具体见表 2。

根据等位基因数和基因序列之间的差异进行多态性分析,得到的23,353个多态性 SLAF标签。过滤亲本测序深度5x以下的标记,根据亲本的测序信息确定每个标记等位基因的亲本来源,选取一种基因型来源于父本(辽3162),另一种基因型来源于母本(A619 Ht2)的多态性SLAF标签共9,419个进行后续的关联分析。

2.1.2 SNP_index标记关联分析

SNP_index标记关联结果见图1:对同一条染色体上多态性SLAF标签的Δ(SNP_index),选择拟合后的关联阈值为0.1720,获得10个与性状显著相关的SLAF标签,共定位到1个关联区域。

根据得分函数和精确度函数的定义,易证明得出梯形模糊数的排序方法。设和为两个梯形模糊数,则二者的排序规则为:

[15] Chung,C.L.,Jamann,T.,Longfellow,J.,et al.Characterization and fine-mapping of a resistance locus for northern leaf blight in maize bin 8.06[J].Theoretical and applied genetics,2010(121):205~227.

2.1.3 Euclidean distance标记关联分析

5.地方建设与油田生产的冲突。随着中央加快城镇化建设和社会主义新农村建设的步伐,地方城镇建设及村镇道路建设的步伐明显提速。地方城镇化建设(如道路修建、扩建等)不可避免地要涉及油田临近城区的井站、管网、油水井等设施的迁移。个别地方政府部门定下方案就要求油田执行,甚至不通气就进行施工作业,迫使油田改变原定施工井位或迁移井站、改建管网,打乱了油田原油生产布局,影响了原油开发生产的顺利进行,造成比较大的经济损失。

大斑病病原菌各生理小种由河北农业大学董金皋老师惠赠。PDA培养基培养,玉米叶粉培养基扩繁(玉米叶粉培养基1 L配方:20 g琼脂条,15 g玉米叶粉,20 g葡萄糖,适量链霉素。将配好的培养基于121℃灭菌30 min)。

该院深入研究理论内涵,全面梳理关键环节,结合医院实际和住培工作特点进行本地化创新:对顶层设计(Top-Down Design)、系统论、全面质量管理的相关理论及方法进行系统研究和文献复习,在深入调研的基础上,结合住培工作特点与实际,应用系统分析法和鱼骨图对住培关键要素、节点及可能存在的薄弱环节进行全面梳理,通过管理创新和Delphi专家咨询法,制定出住培顶层设计模型框架及具体实施方案,并与既往工作基础进行对接,确保前后衔接理顺、无断点和扭结点。

关联区域见表4:通过与玉米参考基因组的比对,关联区域位于2号染色体内,大小约为4.09 Mb,其中有125个基因。

[12] Simcox K D,Jeflrey L,Bennetzen.Mapping the HtN resistance gene to the long arm of chromosome8[J].Maize Genetic Cooperator Newsletter,1993(67):118~119.

 

表2 SLAF标签统计Table 2 Tag Statistics of SLAF

  

样品Sample SLAF标签数SLAF number总深度Total depth平均深度Average depth Ht2 157,998 3591846 22.73辽 3162 176,780 4409002 24.94感大斑病混池 194,776 12203877 62.66抗大斑病混池 194,539 9530774 48.99

  

图1 SNP_index标记关联结果Figure 1 Associated with outcome by SNP_index

 

注:横坐标表示染色体位置,纵坐标表示Δ(SNP_index)的值;黑线表示所有Δ(SNP_index)拟合后的结果;红线标记Δ(SNP_index)的阈值,Δ(SNP_index)越强,表示关联性越强。Note:The abscissa indicates the chromosomal location,the ordinate indicates theΔ(SNP_index)value;black line represents the results of all Δ(SNP_index)after fitting;red markΔ(SNP_index)threshold value,Δ(SNP_index)stronger,indicates that the associated the stronger.

 

表3 关联区域信息统计Table 3 Tables of regional information

  

染色体编号Chromosome ID起始位置Start终止位置End区域大小Size(Mb)SLAF标签数量Associated Marker number基因数量Gene number 2 201,650,582 205,452,750 3.80 10 115 Total - - 3.80 10 115

  

图2 Euclidean distance标记关联结果Figure 2 Associated with outcome by Euclidean distance

 

注:横坐标表示染色体位置,纵坐标表示Δ(ED)的值;黑线表示所有Δ(ED)拟合后的结果;红线标记Δ(ED)的阈值,Δ(ED)越强,表示关联性越强。Note:The abscissa indicates the chromosomal location,the ordinate indicates theΔ(ED)value;black line represents the results of allΔ(ED)after fitting;red markΔ(ED)of the threshold value,Δ(ED),the stronger the association represents the stronger.

 

表4 关联区域信息统计Table 4 Tables of regional information

  

染色体编号Chromosome ID起始位置Start终止位置End区域大小Size(Mb)SLAF标签数量Associated Marker number基因数量Gene number 2 201,819,690 205,906,432 4.09 10 125 Total - - 4.09 10 125

2.2 关联结果功能分析

2.2.1 SNP关联区域基因注释

使用BLAST软件将关联区域内的251个基因分别与 NR、Swiss Prot、GO、COG、KEGG数据库比对,最终获得251个基因的注释信息。

在各数据库获得的关联区域内基因注释统计结果见表5。

2.2.2 Euclidean distance关联区域基因注释

使用BLAST软件将关联区域内的310个基因分别与 NR、Swiss Prot、GO、COG、KEGG数据库比对,最终获得310个基因的注释信息。

推进乡村振兴,还需谨防“盲目圈地化”趋于“发展非农化”的风险。如何在在新的历史条件下,合理吸引城市社会资本有序进入,并使之引用得当,产生巨大的激活效应,至关重要。反之,引入城市社会资本失当,无条件、无限制、不加以合理管控,将对乡村振兴产生无可挽回的灾难性后果。在此过程中,要避免出现农民、村集体经济组织被严重边缘化或被无情挤出,稀缺土地和生态资源再次被低价剥夺的现象。[9]59

在各数据库获得的关联区域内基因注释统计结果见表6。

 

表5 关联区域内基因注释统计Table 5 Statistics of gene annotation in regional

  

功能数据库Annotated databases联区域基因数Annotated Gene number NR 64 Swiss prot 189 GO 36 KEGG 177 COG 251 Total 251

 

表6 关联区域内基因注释统计Table 6 Statistics of gene annotation in regional

  

功能数据库Annotated databases联区域基因数Annotated Gene number NR 310 Swiss prot 205 GO 216 KEGG 40 COG 79 Total 310

3 结论

本项目共获得195,107个 SLAF标签,其中多态性SLAF标签有23,353个,多态性比例为11.97%。通过对多态性SLAF标签的分析,用SNP方法共关联到10个SLAF标签,共定位到1个区域。关联区域大小约为3.80 Mb,关联区域内有115个基因。共有16个基因注释到KEGG通路,95个基因注释到GO Term,38个基因注释到COG Class。

用ED方法关联到10个SLAF标签,共定位到1个区域。关联区域大小约为4.09 Mb,关联区域内有125个基因。共有16个基因注释到KEGG通路,104个基因注释到GO Term,42个基因注释到COG Class。

SNP方法和ED方法之间有交集,交集在2号染色体上,从 201,819,690到 205,452,750,大小为3.63Mb,其中定位到的基因有110个,两种方法定位到的区域基本一致。大斑病抗病基因是一个复杂的研究事件,我们现在知道相对只是相关特性的很小一部分[30]。后续分析和验证正在进行当中,相关研究成果将为进一步进行玉米大斑病抗病基因研究提供了理论和数据支撑。

参考文献:

[1] 孙淑琴,温雷蕾,董金皋.玉米大斑病菌的生理小种及交配型测定[J].玉米科学,2005,13(4):112~113,123.

[2] Hooker AL.Monogenic resistance of Zea mays L.to Helminthosporium turcicum[J].Crop Sci.,1963(3):381~383.

[3] Hooker AL.A second major gene locus in corn for chloroticlesion resistance to Helminthosporium turcicum[J].Crop Sci.,1977(17):132~135.

2.PPP项目税收风险解析。PPP项目的收益有三种途径:政府付费、可行性缺口补助和使用者付费,其运作模式也分为特许经营类、私有化类和服务外包类,其实施周期过长,而与PPP项目相关的税法尚未出台,根据不同收益途径和运作模式的税收计算显得相当复杂,主要存在以下几个方面的问题。

Δ(SNP_index)=SNP_index(aa)-SNP_index(ab)。

[5] Carson ML.A new gene in maize conferringthechlortic halo reaction to infection by exserohilum-turcicun[J].Plant Disease,1995(79):717~720.

[6] Raymundo AD,Hooker AL,Perkins JM.Effect of gene HtN Oil development corn leaf blight epidemics[J].Plant Disease,1981(65):327~330.

[7] Ogliari JB,Guimaraes MA,Camargo LEA.Chromosomal locations of the maize(Zea mays L.)HtP and rt genes that confer resistance to Exserohilum turcicum[J].Genetics and Molecular Biology,2007,30(3):630~634.

根据指标间的相关系数矩阵计算各个主成分的特征值、贡献率以及累计贡献率提取主成分的因子。结果如表1。根据因子特征值大于或接近1且累计方差贡献率在85%上,从中提取前3个主成分替代原11个指标。通过特征值计算主成分载荷矩阵,并得到12个海岛县经济发展水平的总得分。

[8] Ogliari JB,Guimaraes MA,Geraldi IO.New resistance genes in the Zea mays Exserohilu turcicum pathosystem[J].Genetics and Molecular Biology,2005(28):435~439.

科技板块中的《浮光戏莺》是郑靖的作品,我更愿意将其放在公共艺术里面来说。这件作品使用光敏传感器来触发音源。展示的现场就是一台可以旋转的射灯,公众可以操纵灯源射向周边的空间中,触发带有鸟叫的声源,就会造成百鸟争鸣的意境。这样的作品就是我们学界说所说的具有公共互动性的作品。

[9] Couture RM,Routley DG,Dunn GM.Role of cylie hydroxamic acids in monogenic resistance of maize to Helminthosporium turcicum[J].Physiological Plant Pathology,1971(1):51.

[10] 张秀霞,高增贵,周晓锟,等.东北地区玉米大斑病菌生理分化研究[J].华北农学报,2012,27(3):227~230.

[11] 赵辉,高增贵,张小飞,等.我国玉米大斑病菌生理小种种群动态分析[J].沈阳农业大学学报,2008(39):551~555.

随着新课改的推进,我们在看到新课改带来的许多可喜变化的同时,也为语文教学严重的两极现象而担忧:一部分人越走越远,一部分人甚至是大部分人一切照旧。那么,到底什么是语文?语文课到底应该怎么教?学生到底应该学习什么样的语文?

[13] Carson ML,Vandyke CG.Light and temperature on expression of partial resistance of maize to Helminthosporium-turcicum[J].Plant Disease.1994(78):519~522.

在玉米8~10叶期接种,孢子浓度1×105~6个/ml,滴加2%吐温。接种后在保湿棚内保湿48 h,20 d进行病情级别调查。每株调查6片叶(果穗上方和下方各3片叶),参照五级分级标准评价玉米材料抗病性[28],如表 1。

关联区域见表3:通过与玉米参考基因组的比对,关联区域位于2号染色体,大小约为3.80 Mb,其中有115个基因。

[16] Chung,C.L.,Poland,J.,Kump,K.,et al.Targeted discovery of quantitative trait loci for resistance to northern leaf blight and other diseases of maize[J].Theoretical and applied genetics,2011(123):307~326.

[17] Zwonitzer,J.C.,Coles,N.D.,Krakowsky,M.D.,et al.Mapping resistance quantitative trait Loci for three foliar diseases in a maize recombinant inbred line population-evidence for multiple disease resistance[J].Phytopathology,2010(100):72~79.

[18] Welz,H.G.,Xia,X.C.,Bassetti,P.,et al.QTLs for resistance to Setosphaeria turcica in an early maturing DentxFlint maize population[J].Theoretical and applied genetics,1999(99):649~655.

[19] Schechert,A.W.,Welz,H.G.,Geiger,H.H.QTL for Re-sistance to Setosphaeria turcica in Tropical African Maize[J].Crop Science,1999(39):514~523.

也许就像一句名言说的:过去显得美好,不是因为它们真的如此美好,而是那时我们年轻。青春在某种程度上是残酷的,心里往往要像蛇蜕皮那样蜕下血淋淋的一层,才会成长。但另一方面,它也不乏美好:那时的荷尔蒙浓稠得像化不开的烈酒,未来空旷得像走不到头的地平线,没有方向却充满力量。无论是友谊还是爱情,都因新鲜而格外美好。我们感怀的从来不是真正的故乡,而是在故乡里流淌的童年和青春。

[20] Jamann TM,Poland JA,Kolkman JM,et al.Unraveling genomic complexity at a quantitative disease resistance locus in maize[J].Genetics,2014(198):333~344.

[21] Balint-Kurti,P.J.,Yang,J.,Van Esbroeck,G.,et al.Use of a maize advanced intercross line for mapping of QTL for northern leaf blight resistance and multiple disease resistance[J].Crop Science,2010(50):458~466.

[22] 郑祖平,刘小红,黄玉碧,等.玉米大斑病抗性基因的QTL定位[J].西南农业学报,2007,22(4):634~637.

[23] Freymark,P.J.,Lee,M.,Woodman,W.L.,et al.Quantitative and qualitative trait loci affecting host-plant response to Exserohilum turcicum in maize(Zea mays L.)[J].Theoretical and applied genetics,1993(87):537~544.

[24] Asea,G.,Vivek,B.S.,Bigirwa,G.,et al.Validation of consensus quantitative trait loci associated with resistance to multiple foliar pathogens of maize[J].Phytopathology,2009(99):540~547.

[25] Gengshen Chen,Xiaoming Wang,Shusheng Long,et al.Mapping of QTL conferring resistance to northern corn leaf blight using high-density SNPs in maize[J].Molecular Breeding January,2016(36):4|Cite as.

[26] Junqiang Ding,Farhan Ali,Gengshen Chen,et al.Genomewide association mapping reveals novel sources of resistance to northern corn leaf blight in maize[J].BMC Plant Biology,2015(15):206~216.

[27] Hurni S,Scheuermann D,Krattinger SG,et al.The maize disease resistance gene Htn1against northern corn leaf blight encodes a wall-associated receptor-like kinase[J].Proc Natl Acad Sci.,2015(112):8781~8785.

[28] Jing Min,Zhang Chunyu,Hussain khalid et al.Pyramiding resistance genes to northern leaf blight and head smut in maize[J].International Journal of Agriculture&Biology,2012(3):430~434.

[29] Murray M G,Thompson WF.Rapid isolation of high molecular weight plant DNA[J].Nucleic Acids Res,1980(8):4321~4326.

[30] Ali F,Yan JB.The phenomenon of disease resistance in maize and the role of molecular breeding in defending against global threat[J].J Integrated Plant Biol,2012(55):134~151.

 
马骏,刘欣芳,齐欣,弓雪,李明,姜敏
《辽宁农业科学》 2018年第02期
《辽宁农业科学》2018年第02期文献

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