江苏师范大学甘薯研究团队揭示甘薯块根基因表达变异的遗传调控基础
发布人: 宋凤琴 发布时间: 2020-07-09 访问次数: 10

近日,江苏师范大学生命科学学院甘薯研究团队在园艺领域顶级期刊《Horticulture Research》(SCI一区,IF5year=5.570)在线发表了题为“Genome-wide analysis of expressionquantitative trait loci (eQTLs) reveals the regulatoryarchitecture of gene expression variation in thestorage roots of sweet potato”的研究论文,揭示了甘薯块根基因表达变异特征及其调控的分子遗传基础。

甘薯(Ipomoeabatatas (L.) Lam)为旋花科番薯蔓生草本植物,其产量高、营养丰富、抗逆境能力强,是世界上重要的粮食、饲料、工业原料及新型能源作物。块根是甘薯的主要被食用部位,其富含淀粉、膳食纤维、β-胡萝卜素、花青苷等营养物质,深受消费者青睐。因甘薯是自交不亲和、高度杂合的多倍体物种(2n = 6x = 90),加之其基因组异常复杂,对甘薯重要农艺性状的分子调控机制研究较少。

该研究利用公共数据库中的88份甘薯块根转录组和16份甘薯重测序数据,以甘薯近缘野生种Ipomoea trifida作为参考基因组,结合鉴定的高质量SNP分子标记,进行了全基因组表达数量性状位点(eQTL)定位分析,共检测到4408个eQTL位点,调控3646个基因的表达变异。该研究同时检测到10个显著的distant-eQTL表达调控热点,发现其中两个调控热点控制的基因趋于在花青苷代谢途径富集。

近年来,受网络谣言等影响,紫心甘薯(紫薯)被消费者误认为是转基因甘薯,严重影响了紫薯的市场消费和产业发展。虽然国家甘薯产业技术体系已从多个方面阐明了“紫心甘薯绝对不是转基因”的观点,但仍缺乏相关的分子遗传学证据。该研究以花青苷代谢途径为例子,首先通过基因序列、共表达及eQTL分析,构建了甘薯块根花青苷合成的表达调控网络,发现IbMYB1-2是块根花青苷合成的主调控因子;其次结合全基因组关联分析表明,IbMYB1-2是调控紫心甘薯块根花青苷积累的主效基因,其能够解释关联群体中75.65%的表型变异;最后通过对225份甘薯种质资源的分析,发现IbMYB1-2的Presence/Absence Variation(PAV)与甘薯块根薯肉颜色极显著关联(P =2.06 × 10-53)。以上结果表明紫薯种质中因存在有功能的IbMYB1-2而能够在块根合成花青苷,证明了紫薯不是转基因作物。该研究首次揭示了甘薯块根基因表达变异的遗传结构,并对后续甘薯块根重要农艺性状的QTL定位与遗传改良具有重要意义。

Genome-wide association for storage root flesh color in sweet potato

江苏师范大学生科院张磊博士为论文的第一作者,江苏师范大学生科院李宗芸教授、侯文倩副教授和徐州市农科院曹清河研究员为共同通讯作者,江苏师范大学生科院孙健副教授、徐涛副教授、伍少远教授以及徐州市农科院后猛副研究员、李强研究员参与了本项研究工作。本研究主要得到了国家重点研发计划、江苏省高校优势学科建设工程、江苏省自然科学基金等项目的资助。

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