中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (15): 2914-2930.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.15.002
陈文杰(), 陈渊, 韦清源, 汤复跃, 郭小红, 陈淑芳, 覃夏燕, 韦荣昌, 梁江(
)
收稿日期:
2024-01-21
接受日期:
2024-03-18
出版日期:
2024-08-01
发布日期:
2024-08-05
通信作者:
联系方式:
陈文杰,E-mail:cenwenji1030@163.com
基金资助:
CHEN WenJie(), CHEN Yuan, WEI QingYuan, TANG FuYue, GUO XiaoHong, CHEN ShuFang, QIN XiaYan, WEI RongChang, LIANG Jiang(
)
Received:
2024-01-21
Accepted:
2024-03-18
Published:
2024-08-01
Online:
2024-08-05
摘要:
【目的】南方大豆皱叶症(southern soybean crinkle leaf disease,SSCLD)严重时可导致大豆减产40%左右,利用高世代分离群体转录组测序技术(high-generation segregating populations RNA-seq,HGRNA-seq)挖掘控制SSCLD的候选基因,为揭示SSCLD发生的分子机制提供数据支撑。【方法】以2个南方皱叶症症级差异材料及其衍生的F2:7株系为研究材料,对双亲进行重测序,对12个F2:7单株(7个皱叶,5个正常叶)进行单个样本转录组测序,利用转录组及亲本的SNP/InDel数据进行混池法定位分析,利用转录组表达量差异数据进行GO和KEGG功能注释和富集分析,并在定位区间附近开发7个KASP分子标记,利用230个F2群体构建局部连锁图谱,对转录组数据定位结果进行验证。联合基因定位和转录组分析结果,筛选控制SSCLD的候选基因。【结果】利用混池法把控制皱叶症的基因位点CL12定位在大豆第12染色体末端39 231 651-40 705 115 bp的1 473 464 bp区间内,利用F2群体将控制皱叶症的基因定位于39 743 275-40 948 295 bp的1 205 020 bp区间内,与混池法定位结果基本一致。GO注释结果显示,代谢过程包括免疫系统过程,以及对刺激的反应等,细胞组分主要与膜等相关,KEGG注释结果显示,生物系统通路中主要包括植物-病原菌互作和环境适应等通路。GO富集的表达差异基因主要同跨膜受体蛋白活性、蛋白磷酸化及信号受体活性等方面相关,KEGG富集到的最多差异表达基因(differently expressed genes,DEGs)主要在植物-病原菌互作和植物MAPK信号通路上。结合南方大豆皱叶症诱因特点,选择定位候选区间内与抗病等相关且在外显子上存在非同义突变或表达量有差异的基因作为候选基因,结合qRT-PCR验证,最终确定GLYMA_12G223100、GLYMA_12G223900、GLYMA_12G224100、GLYMA_12G231800和GLYMA_12G233000等5个基因为控制南方大豆皱叶症的候选基因。【结论】HGRNA-seq实现了RNA-seq和BSA-seq相结合,成功挖掘了控制SSCLD的候选基因。
陈文杰, 陈渊, 韦清源, 汤复跃, 郭小红, 陈淑芳, 覃夏燕, 韦荣昌, 梁江. 利用高世代转录组测序挖掘控制南方大豆皱叶症候选基因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 2914-2930.
CHEN WenJie, CHEN Yuan, WEI QingYuan, TANG FuYue, GUO XiaoHong, CHEN ShuFang, QIN XiaYan, WEI RongChang, LIANG Jiang. Identification of Candidate Genes Controlling SSCLD by Utilizing High-Generation Segregating Populations RNA-seq[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(15): 2914-2930.
表1
230个F2皱叶分离单株基因分型所用的KASP分子标记信息"
标记 Markers | Primer_AlleleFAM (5′-3′) | Primer_AlleleHEX (5′-3′) | Primer_Common (5′-3′) | AlleleFAM | AlleleHEX |
---|---|---|---|---|---|
Chr.12_38720327 | gaaggtgaccaagttcatgctaaagcatgctttaatattttggA | gaaggtcggagtcaacggattaagcatgctttaatattttggG | GCAATTGAAAACATAAGTCACGCCTAC | A | G |
Chr.12_39553364 | gaaggtgaccaagttcatgcttaaatcgtgtttcttttcctcctgC | gaaggtcggagtcaacggatttgtaaatcgtgtttcttttcctcctgT | CCCAACGGCTGCAATGGTC | C | T |
Chr.12_39643002 | gaaggtgaccaagttcatgctatggttggaccagacaggtaaggG | gaaggtcggagtcaacggattatggttggaccagacaggtaaggA | CTCTTTGCGCTGCTCGTCATTACTC | G | A |
Chr.12_39743275 | gaaggtgaccaagttcatgctgggagtccttgttatgtattatgatggC | gaaggtcggagtcaacggattgagggagtccttgttatgtattatgatggT | ATCCCCTAAGAAGTTGATACCACAT | C | T |
Chr.12_40239112 | gaaggtgaccaagttcatgctggaggcgactaaaattgtttccaaT | gaaggtcggagtcaacggattggaggcgactaaaattgtttccaaC | AAATTAGCCAAACACGCATGGTTCA | T | C |
Chr.12_40443647 | gaaggtgaccaagttcatgctccgaattgtgttttaagtcatatcT | gaaggtcggagtcaacggattccgaattgtgttttaagtcatatcC | GCAATATCAAGAATGAAACTTCT | T | C |
Chr.12_40948295 | gaaggtgaccaagttcatgctattgaaccatgttagcacagcagtT | gaaggtcggagtcaacggattattgaaccatgttagcacagcagtA | TAACAGAATGCTAACTTGTGATACT | T | A |
表2
转录组和亲本测序质控数据统计表"
样本 Sample | 过滤得到的reads数 Clean reads | 过滤后的总碱基数 Clean bases | Q30 (%) | GC含量 GC content (%) | 定位到基因组总Reads占比 Mapped Reads radio (%) |
---|---|---|---|---|---|
GC8 | 37329976 | 11235520244 | 91.72 | 35.15 | 99.54 |
Y2017-1 | 36749923 | 11054768304 | 92.28 | 35.69 | 98.64 |
C_10 | 48149604 | 7164122179 | 96.23 | 45.71 | 94.20 |
C_11 | 47618902 | 7090388779 | 96.57 | 45.95 | 94.19 |
C_18 | 45335046 | 6734925207 | 96.65 | 45.6 | 95.18 |
C_23 | 49603440 | 7381504895 | 96.56 | 46.14 | 95.12 |
C_24 | 49929876 | 7430549886 | 96.52 | 45.69 | 95.35 |
C_3 | 41997550 | 6249241100 | 96.59 | 45.94 | 94.70 |
C_6 | 45105078 | 6703705471 | 96.55 | 46.07 | 94.78 |
N_1 | 48155648 | 7150543340 | 96.44 | 45.87 | 95.00 |
N_3 | 44567696 | 6617278005 | 96.44 | 45.86 | 93.82 |
N_5 | 47817526 | 7091029900 | 96.66 | 46.07 | 94.92 |
N_6 | 42285914 | 6296598949 | 95.26 | 45.57 | 94.52 |
N_7 | 40742934 | 6065420513 | 96.49 | 46.24 | 94.91 |
表3
转录组中SNP/InDel及有SNP/InDel的基因在大豆染色体上的分布"
染色体 Chromosome | 长度 Length (bp) | 来自GC8 From GC8 | 来自Y2017-1 From Y2017-1 | 相同位点 Same site | 杂合位点 Hybridization site | SNP/InDel数 No. of SNP/ InDel site | 位点总数 Total numbers of SNP/InDel site | 纯合率 Purity ratio (%) | 标记密度 Density of SNP/ InDel (SNP/Mb) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Chr.1 | 57932355 | 150 | 285 | 607 | 11 | 435 | 1053 | 98.96 | 7.70 |
Chr.2 | 50400358 | 143 | 218 | 616 | 10 | 361 | 987 | 98.99 | 7.36 |
Chr.3 | 46951866 | 68 | 334 | 1107 | 159 | 402 | 1668 | 90.47 | 11.95 |
Chr.4 | 51203389 | 159 | 156 | 602 | 26 | 315 | 943 | 97.24 | 6.66 |
Chr.5 | 42274530 | 299 | 1 | 854 | 239 | 300 | 1393 | 82.84 | 12.75 |
Chr.6 | 50945864 | 326 | 217 | 1196 | 54 | 543 | 1793 | 96.99 | 11.72 |
Chr.7 | 44949256 | 479 | 125 | 1091 | 188 | 604 | 1883 | 90.02 | 17.62 |
Chr.8 | 47227184 | 119 | 501 | 820 | 476 | 620 | 1916 | 75.16 | 23.21 |
Chr.9 | 50572668 | 339 | 201 | 984 | 284 | 540 | 1808 | 84.29 | 16.29 |
Chr.10 | 51638687 | 84 | 229 | 616 | 70 | 313 | 999 | 92.99 | 7.42 |
Chr.11 | 39643745 | 35 | 277 | 584 | 27 | 312 | 923 | 97.07 | 8.55 |
Chr.12 | 41531199 | 106 | 77 | 690 | 131 | 183 | 1004 | 86.95 | 7.56 |
Chr.13 | 45225048 | 159 | 88 | 1399 | 422 | 247 | 2068 | 79.59 | 14.79 |
Chr.14 | 49893278 | 240 | 176 | 679 | 103 | 416 | 1198 | 91.40 | 10.40 |
Chr.15 | 53754295 | 84 | 271 | 955 | 185 | 355 | 1495 | 87.63 | 10.05 |
Chr.16 | 38112070 | 637 | 191 | 1193 | 157 | 828 | 2178 | 92.79 | 25.84 |
Chr.17 | 41740656 | 24 | 425 | 597 | 23 | 449 | 1069 | 97.85 | 11.31 |
Chr.18 | 58286270 | 404 | 357 | 1975 | 159 | 761 | 2895 | 94.51 | 15.78 |
Chr.19 | 51272880 | 94 | 94 | 924 | 25 | 188 | 1137 | 97.80 | 4.15 |
Chr.20 | 47846026 | 323 | 14 | 776 | 16 | 337 | 1129 | 98.58 | 7.38 |
总计/平均 Total/mean | 961401624 | 4272 | 4237 | 18265 | 2765 | 8509 | 29539 | 91.61 | 11.73 |
表4
转录组中大豆不同染色体上DEGs分布"
染色体 Chromosome | DEGs数 No. of DEGs | 总计 Total | 有SNP/InDel的基因 No. of genes with SNP/InDel sites | ||
---|---|---|---|---|---|
上调 Up | 下调 Down | 上调 Up | 下调 Down | ||
Chr.1 | 53 | 9 | 62 | 26 | 2 |
Chr.2 | 45 | 3 | 48 | 19 | 1 |
Chr.3 | 48 | 2 | 50 | 23 | 1 |
Chr.4 | 42 | 5 | 47 | 9 | 1 |
Chr.5 | 45 | 6 | 51 | 17 | 1 |
Chr.6 | 74 | 6 | 80 | 46 | 3 |
Chr.7 | 55 | 3 | 58 | 22 | 0 |
Chr.8 | 73 | 3 | 76 | 26 | 2 |
Chr.9 | 53 | 6 | 59 | 20 | 2 |
Chr.10 | 48 | 5 | 53 | 8 | 3 |
Chr.11 | 44 | 5 | 49 | 12 | 3 |
Chr.12 | 39 | 5 | 44 | 16 | 2 |
Chr.13 | 79 | 5 | 84 | 36 | 2 |
Chr.14 | 44 | 5 | 49 | 22 | 3 |
Chr.15 | 56 | 0 | 56 | 25 | 1 |
Chr.16 | 96 | 3 | 99 | 76 | 1 |
Chr.17 | 44 | 2 | 46 | 16 | 0 |
Chr.18 | 49 | 5 | 54 | 33 | 3 |
Chr.19 | 31 | 2 | 33 | 19 | 1 |
Chr.20 | 37 | 4 | 41 | 11 | 0 |
其他Others | 8 | 1 | 9 | 6 | 0 |
总计Total | 1063 | 85 | 1148 | 488 | 32 |
表5
转录组中定位区间内4个DEGs的qRT-PCR分析所用引物序列"
基因编号 Gene ID | 标记 Marker | 正向引物 Forward primer (5′-3′) | 反向引物 Reverse primer (5′-3′) | 退火温度 Tm (℃) |
---|---|---|---|---|
GLYMA_12G223900 | qPCR-12G223900 | TGTGTAGTGGCTTGTCATAT | CTTAGTCTTATGGAGCAATCAC | 60 |
GLYMA_12G224000 | qPCR-12G224000 | ATTGATGTTGGTGCTTCTTG | TGAATGTGTTGGTGCTTCTA | 60 |
GLYMA_12G224100 | qPCR-12G224100 | CATCAACCCAACTCACTCAA | GTGGCAACATAAACTCTTGT | 60 |
GLYMA_12G233000 | qPCR-12G233000 | GCTTCAACCGATCAACTTAT | CCACCATACATATAGCAAGC | 60 |
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