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高精尖创新团队在林木数量性状表观遗传作图领域取得进展

发表时间:(2020-01-03)

  DNA甲基化是动植物中分布最为广泛也是最重要的表观遗传修饰类型,在调节植物发育过程和维持基因组稳定性方面发挥着重要作用。近年来,研究表明在植物基因中除了存在时空特异性的甲基化位点外,大量基因组甲基化位点不仅可以在有丝分裂过程中得以保持,在减数分裂的世代传递过程中也具有稳定的跨世代遗传特性。因此,基于不同遗传背景群体开发稳定遗传的甲基化位点,建立DNA甲基化的连锁—连锁不平衡作图方法,可阐明影响表型变异的表观遗传结构,将显著提高复杂性状的遗传解析精度。

 

  近日,澳门金莎手机版-222868娱乐场高精尖中心张德强团队在 New Phytologist 上发表了题为“Linkage-linkage disequilibrium dissection of the epigenetic quantitative trait loci (epiQTLs) underlying growth and wood properties in Populus ”的研究论文。

 

 

  该研究以毛白杨F1家系群体(550 F1 progeny)以及优异种质资源群体(435株)为研究材料,利用MSAP技术 (methylation-sensitive amplified polymorphism)首先在2个群体中分别鉴定了11082和14124个甲基化多态性位点。在杂交群体中利用2818个符合孟德尔遗传分离的甲基化位点构建了杨树首张高密度DNA甲基化遗传图谱,其中19个连锁群上共标注了2463个稳定甲基化标记,平均图距约1.1cM。联合MSAP单标记分析与epiQTL作图方法,鉴定了包含1,043个MSAP位点的163个显著epiQTL和9个显著的epiQTL热点区段;其中141个显著的MSAP单标记关联信号位于epiQTL内,支持了epiQTL定位结果。基于毛白杨种质资源群体MSAP数据库,通过关联作图方法进一步鉴定了控制相同9个生长和木材品质性状的224个显著甲基化位点,可解释表型变异2.80%-28.56%。联合关联信号与epiQTL结果,对定位于epiQTL内的甲基化差异位点进行了大批量克隆测序,鉴定了 Pto-LAC1 、 Pto-LAC7 、 Pto-ARF16 等23个关键候选基因。

 

 

  为进一步阐明关键候选基因调控生长与木材品质性状的等位遗传机制,作者利用团队已完成的毛白杨种质群体DNA重测序和甲基化测序数据,发掘并注释了23个候选基因内包含的1144 SMP(Single methylation polymorphism)和2555 SNP(Single nucleotide polymorphism)位点。通过eQTM 和eQTN 作图策略,鉴定了119 SMP和139 SNP位点显著影响了候选基因的表达,检测到59个显著互作的SMP-SNP组合,并发现SNP-SMP主要通过顺式和反式相互作用模式来调控基因表达,并最终影响表型变异。揭示相邻SMP位点与SNP位点互作关系,为剖析表型变异的独立遗传效应或遗传—表观遗传联合效应提供了新的研究方法。

 

 

  本研究通过联合利用单标记关联分析、DNA甲基化图谱、epiQTL、GWAS与eQTM—eQTN等系统遗传学研究方法,率先在植物群体水平解析了复杂性状的表观遗传基础,发掘了控制生长与木材品质性状的关键基因,并探究了基因内遗传和表观遗传变异对数量性状的独立与互作调控模式,为解释数量性状“遗传力丢失”现象提供了新的认识思路。

 

  据悉,张德强教授团队近些年通过创新林木数量性状连锁—连锁不平衡联合作图方法,解析了纤维素合酶基因家族内SSR标记的等位变异效应(Du et al., New Phytologist , 2013),创立了数量性状加性、显性与上位性联合解析模型(Du et al., DNA Research , 2015),构建了杨树首张高密度基因标记连锁图谱,并以此实现了对QTL区段的精细作图(Du et al., New Phytologist , 2016);随后通过解析毛白杨茎干幼龄期动态生长过程的遗传基础,发掘了控制杨树茎干动态生长过程的特异性和多效性QTLs(Du et al., Plant Biotechnology Journal , 2019)。本次研究首次将连锁-连锁不平衡作图策略拓宽应用至表观遗传学研究领域,进一步丰富了林木复杂性状遗传作图体系,为数量性状的分子育种提供了关键理论基础。

 

  张德强教授和杜庆章副教授为本论文共同通讯作者,卢文杰博士为本论文第一作者,在读博士生肖亮、王情世博士和权明洋博士参与了该实验具体工作,加拿大UBC的Yousry A. El‐Kassaby教授对该研究提出了宝贵的修改意见。该研究工作获得了“十三五”国家重点研发计划、国家自然科学基金以及北京市科技新星计划课题的联合支持。

 

  原文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16220

 

来源:高精尖创新中心          作者:高精尖创新中心          浏览次数:   
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