





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (8): 1561-1573.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.08.011
王慧玲1(
), 闫爱玲2, 王晓玥3, 刘振华1, 任建成1, 徐海英1(
), 孙磊1(
)
收稿日期:2022-06-08
接受日期:2022-08-24
出版日期:2023-04-16
发布日期:2023-04-23
联系方式:
王慧玲,E-mail:wanghui198216@126.com。
基金资助:
WANG HuiLing1(
), YAN AiLing2, WANG XiaoYue3, LIU ZhenHua1, REN JianCheng1, XU HaiYing1(
), SUN Lei1(
)
Received:2022-06-08
Accepted:2022-08-24
Published:2023-04-16
Online:2023-04-23
摘要:
【目的】果粒大小是葡萄外观和产量的重要构成因子之一,为受多基因调控的复杂数量性状,挖掘葡萄果粒大小相关性状的关键遗传调控位点和基因,将有助于葡萄产量的提高。【方法】本研究以150份葡萄品种资源为材料,分别于2019年和2020年对葡萄果实单粒重、种子数目和种子质量等进行测定,并结合重测序获得的高密度基因型数据进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),挖掘调控各性状的遗传位点和基因。【结果】各性状在关联群体中呈现广泛的连续变异,变异系数为39.55%—68.89%;在不同年份均服从正态分布,符合数量性状遗传特征;相关性分析表明葡萄果实单粒重、种子数目和种子质量呈显著正相关。全基因组关联分析共检测到150个与果实单粒重显著关联的SNP,在2019年检测到99个SNP,解释表型变异的14.48%—25.59%;在2020年检测到73个SNP,解释表型变异的16.08%—26.83%;其中24个SNP位点在两个年份均检测到,主要位于1号、5号、11号和16号染色体。相较于果实单粒重,检测到的与种子数目显著关联的SNP较少,2019年检测到1个显著性SNP,表型解释率为24.29%;2020年检测到17个显著性SNP,均位于18号染色体。两个年份检测到与种子质量显著关联的SNP分别有1个和2个,位于18号染色体,解释表型变异的23.59%—48.29%。在两年重复检测到SNP位点基因组区域内,根据基因功能注释筛选出11个可能与果实单粒重相关的候选基因,其中包括乙烯信号通路基因(基因ID:VIT_05s0049g00490、VIT_05s0049g00500、VIT_05s0049g00510和VIT_16s0100g00400)、赤霉素信号途径基因(基因ID:VIT_11s0016g04630和VIT_16s0022g02310)、生长素响应蛋白基因(基因ID:VIT_11s0016g05640)和一些重要的转录因子基因(基因ID:VIT_05s0049g00460、VIT_11s0016g05660和VIT_16s0022g02330)。在18号染色体鉴定到与种子含量相关的候选基因(基因ID:VIT_18s0041g01880,编码MADS-box蛋白VviAGL11),位于该基因上的SNP基因型变化显著影响葡萄果实种子数目和质量。【结论】结合两个年份的表型数据,共检测到150个与果实单粒重显著关联的SNP,主要定位于1号、5号、11号和16号等染色体;检测到19个与种子含量关联的SNP,主要定位于18号染色体。基于基因注释和基因型分析结果,确定了包含VIT_11s0016g04630和VIT_16s0022g02310等在内的11个候选基因可能参与调控葡萄果实单粒重,确定候选基因(基因ID:VIT_18s0041g01880)与种子含量显著相关。
王慧玲, 闫爱玲, 王晓玥, 刘振华, 任建成, 徐海英, 孙磊. 葡萄果粒质量相关性状全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1561-1573.
WANG HuiLing, YAN AiLing, WANG XiaoYue, LIU ZhenHua, REN JianCheng, XU HaiYing, SUN Lei. Genome-Wide Association Studies for Grape Berry Weight Related Traits[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(8): 1561-1573.
表1
葡萄果粒大小相关性状描述性统计"
| 性状 Trait | 年份 Year | 变异范围 Variation range | 均值±标准差 Mean±SD | 偏度 Skewness | 峰度 Kurtosis | 变异系数 CV (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 果实单粒重 Berry weight (BW, g) | 2019 | 0.91-11.91 | 5.62±2.37 | -0.02 | -0.71 | 42.17 |
| 2020 | 1.5-11.7 | 5.92±2.44 | -0.004 | -0.72 | 41.22 | |
| 种子数 Seed number (SN) | 2019 | 0-4.75 | 2.23±1.15 | -0.69 | -0.17 | 51.57 |
| 2020 | 0-4 | 2.20±0.87 | -0.52 | 0.15 | 39.55 | |
| 种子质量 Seed weight (SW, g) | 2019 | 0-1.00 | 0.34±0.22 | -0.13 | -0.66 | 64.71 |
| 2020 | 0-1.32 | 0.45±0.31 | 0.11 | -0.97 | 68.89 |
表3
葡萄果粒大小相关性状全基因组关联分析两年同时检测到的重合显著性位点信息"
| 性状 Trait | 染色体 Chr | 位置 Position | P值 P value | 贡献率R2 (%) | 基因型 Genotype | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2019 | 2020 | 2019 | 2020 | ||||
| 单粒重 Berry weight | 1 | 22639484 | 2.48E-10 | 1.94E-09 | 23.45 | 23.30 | T/ A |
| 5 | 7537999 | 6.37E-11 | 4.89E-10 | 21.59 | 22.03 | G/A | |
| 5 | 9220655 | 6.91E-10 | 5.16E-10 | 22.19 | 23.47 | A/G | |
| 11 | 3961705 | 1.44E-09 | 7.32E-10 | 21.88 | 24.67 | T/C | |
| 11 | 4206358 | 1.97E-09 | 1.31E-10 | 17.40 | 21.14 | T/G | |
| 11 | 4206905 | 1.88E-10 | 4.3E-11 | 23.35 | 26.73 | T/A | |
| 11 | 4207208 | 1.03E-09 | 2.53E-10 | 22.20 | 25.79 | G/A | |
| 11 | 4207295 | 8.32E-10 | 1.29E-10 | 21.32 | 25.17 | A/G | |
| 11 | 4208224 | 1.47E-09 | 2.31E-10 | 22.27 | 26.51 | G/A | |
| 11 | 4211568 | 6.47E-10 | 1.50E-10 | 22.79 | 26.40 | A/G | |
| 11 | 4212068 | 3.21E-11 | 6.20E-12 | 23.95 | 27.69 | T/C | |
| 11 | 4337558 | 1.61E-10 | 2.89E-11 | 22.81 | 26.83 | G/A | |
| 11 | 4342720 | 8.80E-11 | 2.30E-10 | 24.01 | 25.40 | A/T | |
| 11 | 4342872 | 3.19E-10 | 1.38E-09 | 22.30 | 22.73 | G/C | |
| 11 | 4420462 | 1.43E-11 | 3.06E-10 | 21.97 | 21.28 | A/G | |
| 11 | 4835190 | 1.76E-09 | 1.30E-10 | 19.10 | 24.69 | T/G | |
| 11 | 4855046 | 1.86E-09 | 2.45E-10 | 18.67 | 22.55 | G/A | |
| 11 | 4902154 | 1.96E-09 | 2.16E-10 | 19.77 | 24.39 | G/A | |
| 11 | 5132979 | 4.75E-10 | 2.43E-09 | 16.23 | 16.08 | G/A | |
| 11 | 5164917 | 2.34E-09 | 1.70E-09 | 16.03 | 17.85 | A/T | |
| 11 | 5168340 | 4.44E-10 | 2.25E-10 | 16.72 | 19.05 | A/G | |
| 11 | 5169147 | 1.64E-09 | 2.72E-09 | 18.08 | 18.47 | C/T | |
| 16 | 14893081 | 1.17E-09 | 6.98E-10 | 17.83 | 18.70 | G/A | |
| 16 | 15790424 | 1.03E-09 | 1.96E-09 | 18.55 | 18.45 | T/C | |
| 种子数目 Seed number | 18 | 27835284 | 2.44E-09 | 8.72E-10 | 24.29 | 25.67 | G/A |
| 种子质量 Seed weight | 18 | 26889437 | 4.90E-11 | 1.53E-13 | 40.11 | 48.29 | C/A |
表4
位于检测显著位点区域已发表的可能参与葡萄种子和/或浆果发育的功能候选基因"
| 基因ID Gene ID | 基因组位置 Physical position | 基因注释 NR annotation | 参考文献 Reference |
|---|---|---|---|
| VIT_01s0150g00260 | 1: 22675690-22682439 | E3泛素蛋白连接酶At3g02290 E3 ubiquitin-protein ligase At3g02290 [Vitis vinifera] | SONG等[ |
| VIT_05s0049g00460 | 5: 7500113-7506717 | 转录因子bHLH104异构体X2 Transcription factor bHLH104 isoform X2 [Vitis vinifera] | GU等[ |
| VIT_05s0049g00490 | 5:7542707-7543164 | 乙烯响应转录因子ERF095 Ethylene-responsive transcription factor ERF095 [Vitis vinifera] | YUSTE-LISBONA等[ |
| VIT_05s0049g00500 | 5: 7549843-7550323 | 乙烯响应转录因子ERF098 Ethylene-responsive transcription factor ERF098 [Vitis vinifera] | YUSTE-LISBONA等[ |
| VIT_05s0049g00510 | 5: 7567335-7580633 | 乙烯响应转录因子1B Ethylene-responsive transcription factor 1B [Vitis vinifera] | YUSTE-LISBONA等[ |
| VIT_11s0016g04630 | 11: 3959481-3961177 | DELLA蛋白SLR1 DELLA protein SLR1 [Vitis vinifera] | UPADHYAY等[ |
| VIT_11s0016g05640 | 11: | 生长素响应蛋白IAA9异构体X1 Auxin-responsive protein IAA9 isoform X1 [Vitis vinifera] | SU等[ |
| VIT_11s0016g05660 | 11: 5121267-5122148 | 转录因子MYB82 Transcription factor MYB82 [Vitis vinifera] | MORI等[ |
| VIT_16s0022g02310 | 16: 14861534-14863137 | 赤霉素-20-氧化酶 gibberellin 20-oxidase [Vitis vinifera] | WANG等[ |
| VIT_16s0022g02330 | 16: 14940190-14955349 | MADS-box转录因子6异构体X1 MADS-box transcription factor 6 isoform X1 [Vitis vinifera] | IRELAND等[ |
| VIT_16s0100g00400 | 16: 15837953-15838931 | 乙烯响应转录因子ERF027 Ethylene-responsive transcription factor ERF027 [Vitis vinifera] | YUSTE-LISBONA等[ |
| VIT_18s0041g01880 | 18: 26888672-26896521 | MADS-box蛋白5异构体X2 VviAGL11 MADS-box protein 5 isoform X2 VviAGL11 [Vitis vinifera] | ROYO等[ |
| [1] |
doi: 10.1111/ajgw.12021 |
| [2] |
doi: 10.1139/g06-122 pmid: 17426772 |
| [3] |
doi: 10.1186/1471-2229-13-217 |
| [4] |
doi: 10.5344/ajev.2007.58.4.499 |
| [5] |
doi: 10.1186/1471-2229-8-38 |
| [6] |
doi: 10.1111/ajgw.2015.21.issue-3 |
| [7] |
doi: 10.1186/s12870-015-0588-0 |
| [8] |
doi: 10.1007/s10681-016-1737-8 |
| [9] |
张芳, 任毅, 曹俊梅, 李法计, 夏先春, 耿洪伟. 基于SNP标记的小麦籽粒性状全基因组关联分析. 中国农业科学, 2021, 54(10): 2053-2064. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.10.002.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.10.002 |
|
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.10.002 |
|
| [10] |
崔承齐, 刘艳阳, 江晓林, 孙知雨, 杜振伟, 武轲, 梅鸿献, 郑永战. 芝麻产量相关性状的多位点全基因组关联分析及候选基因预测. 中国农业科学, 2022, 55(1): 219-232. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.018.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.018 |
|
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.01.018 |
|
| [11] |
doi: 10.1038/s41438-018-0089-z |
| [12] |
|
| [13] |
doi: 10.1007/s10681-017-1919-z |
| [14] |
刘崇怀, 沈育杰, 陈俊. 葡萄种质资源描述规范和数据标准. 北京: 中国农业出版社, 2006.
|
|
|
|
| [15] |
doi: 10.1101/gr.094052.109 pmid: 19648217 |
| [16] |
doi: 10.1093/bioinformatics/bty875 pmid: 30321304 |
| [17] |
doi: 10.1038/ng.2310 pmid: 22706312 |
| [18] |
doi: 10.1038/ng2014 |
| [19] |
doi: 10.1111/ppl.2018.164.issue-3 |
| [20] |
|
| [21] |
|
| [22] |
doi: 10.1093/pcp/pcu124 pmid: 25231966 |
| [23] |
doi: 10.5511/plantbiotechnology.13.0321a |
| [24] |
doi: 10.3389/fpls.2020.00113 |
| [25] |
doi: 10.1111/tpj.12094 pmid: 23236986 |
| [26] |
doi: 10.1104/pp.18.00259 |
| [27] |
doi: 10.1111/ajgw.2009.15.issue-2 |
| [28] |
doi: 10.1111/j.1755-0238.2005.tb00273.x |
| [29] |
doi: 10.1016/j.scienta.2008.08.014 |
| [30] |
doi: 10.1007/s00122-003-1445-3 pmid: 14574452 |
| [31] |
doi: 10.1007/s00122-018-3269-1 pmid: 30569367 |
| [32] |
doi: 10.1016/j.plantsci.2021.110875 |
| [33] |
doi: 10.1111/nph.2012.194.issue-4 |
| [34] |
张文颖, 王晨, 朱旭东, 马超, 王文然, 冷翔鹏, 郑婷, 房经贵. 葡萄全基因组DELLA蛋白基因家族鉴定及其应答外源赤霉素调控葡萄果实发育的特征. 中国农业科学, 2018, 51(16): 3130-3146. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.009.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.009 |
|
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.009 |
|
| [35] |
|
| [36] |
doi: 10.1093/jxb/eru504 |
| [37] |
袁华招, 赵密珍, 吴伟民, 于红梅, 钱亚明, 王壮伟, 王西成. 葡萄生长素响应基因家族生物信息学鉴定和表达分析. 遗传, 2015, 37(7): 720-730.
|
|
|
|
| [38] |
|
| [39] |
doi: 10.1186/1471-2229-13-1 |
| [40] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2009.02.015 pmid: 19375343 |
| [41] |
doi: 10.1007/s11032-014-0027-1 |
| [1] | 李元晶, 袁瑞祥, 李永泰, 孙天歌, 刘峰, 李艳军, 张新宇. 棉花黄萎病菌β-葡萄糖苷酶基因的鉴定及其在致病中的功能[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1380-1399. |
| [2] | 张东梅, 周鑫鑫, 肖桂林, 曾祥国, 王春燕, 王泽先, 韩永超. 草莓花器应答灰霉病菌侵染的表现特征及抗病性评价方法[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1456-1466. |
| [3] | 叶美金, 吴雷, Lohani Md Nahibuzzaman, 尹丽, 胡欣荣, 刘亚西, 蒋云峰, 陈国跃, 蒲至恩, 李阳, 李婷, 邹亚亚, 吴佳怡, 马建. 基于GWAS的中国地方小麦成熟胚大小位点的鉴定及其遗传效应解析[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1157-1171. |
| [4] | 杨丽娟, 陈丝雨, 赵薇, 朱玲, 郭磊, 马丽娜, 马瑞敏, 张娟. 全基因组重测序揭示静原鸡羽色的遗传机制[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1348-1360. |
| [5] | 朱嘉伟, 关璇, 饶博涵, 刘秀海, 范国元, 武运, 陶永胜. 短乳杆菌LB-21介导的酒精-苹乳三菌共发酵对干红葡萄酒色泽的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 1101-1110. |
| [6] | 马桂兰, 张旭阳, 李武. 鸟苷酸结合蛋白2在金黄色葡萄球菌诱导巨噬细胞凋亡中的调控作用[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 912-926. |
| [7] | 王勇胜, 牛丽, 王长杰, 马立花, 廉潇潇, 孟亚雄, 马小乐, 姚立蓉, 张宏, 杨轲, 李葆春, 王化俊, 司二静, 汪军成. 冬小麦千粒重的全基因组关联分析及候选基因预测[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 499-514. |
| [8] | 张梦博, 谭鸿冰, 沈甜, 徐美隆, 周新明, 房玉林, 鞠延仑. 不同灌溉量与抗蒸腾剂处理对葡萄酒品质的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 413-426. |
| [9] | 冯伟晴, 倪媛蒨, 费腾, 李有梅, 谢兆森. 不同果形葡萄果实维管束形态结构、分布特征及其水分运输功能差异[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 161-178. |
| [10] | 王思琪, 邹利人, 白瑞雯, 闫可, 王思洋, 齐晓光, 申海林, 温景辉. 赤霉素调控‘蜜汁’葡萄穗轴硬化关键基因的挖掘[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 179-189. |
| [11] | 李云丽, 刁邓超, 刘雅睿, 孙玉晨, 孟祥宇, 邬陈芳, 汪妤, 吴建辉, 李春莲, 曾庆东, 韩德俊, 郑炜君. 小麦苗期耐热性全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1663-1683. |
| [12] | 谭西北, 兰徐颖, 刘崇怀, 樊秀彩, 姜建福, 孙磊, 李鹏, 余书鑫, 张颖. 不同抗性葡萄响应白腐病侵染的次生代谢物变化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1767-1778. |
| [13] | 陈龙云, 胡俊强, 何灿, 史建荣, 徐剑宏, 王刚. 利用大孔吸附树脂与高速逆流色谱纯化脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-葡萄糖苷[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1627-1637. |
| [14] | 汤学燊, 党仕卓, 周娟, 李佳豪, 李梅花, 胡豪, 张亚红. 基于红蓝光调控分析VvBES1-1参与‘红地球’葡萄花芽的分化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1650-1662. |
| [15] | 杨彩丽, 李永洲, 贺亮亮, 宋银花, 章鹏, 刘肇先, 李鹏慧, 刘三军. 葡萄TPS基因家族全基因组鉴定及VvTPS4在单萜形成中的功能验证[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1397-1417. |
|
||