





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 |
| [1] |
陈文杰, 陈渊, 韦清源, 郭小红, 汤复跃, 赵团结, 梁江. 南方大豆皱叶发生时叶片形态变化及其对产量性状的影响. 南方农业学报, 2022, 53(2): 460-468.
|
|
|
|
| [2] |
|
| [3] |
doi: S0981-9428(17)30034-7 pmid: 28157580 |
| [4] |
|
| [5] |
|
| [6] |
|
| [7] |
|
| [8] |
|
| [9] |
|
| [10] |
|
| [11] |
陈文杰, 陈渊, 韦清源, 郭小红, 汤复跃, 杨萌, 叶万典, 梁江. 一种大豆皱叶症发生特性及材料症级鉴定. 大豆科学, 2020, 39(3): 431-441.
|
|
|
|
| [12] |
陈文杰, 梁江, 宁德娇, 韦清源, 汤复跃, 郭小红, 梁俊, 陈渊. 南方大豆皱叶症诱因分析研究. 大豆科学, 2022, 41(3): 300-307.
|
|
|
|
| [13] |
陈文杰, 梁江, 韦清源, 汤复跃, 郭小红, 陈渊. 基于转录组测序的辅助鉴定南方大豆皱叶症分子标记开发. 南方农业学报, 2023, 54(6): 1587-1597.
|
|
|
|
| [14] |
doi: 10.1111/tpj.12105 pmid: 23289725 |
| [15] |
|
| [16] |
|
| [17] |
|
| [18] |
|
| [19] |
doi: 10.3389/fpls.2017.00919 pmid: 28620406 |
| [20] |
doi: 10.3389/fpls.2018.00995 pmid: 30050550 |
| [21] |
|
| [22] |
|
| [23] |
陈浣, 夏菲, 吴新儒, 孙玉合. 集群分离分析法在植物基因定位上的应用. 基因组学与应用生物学, 2016, 35(6): 1546-1551.
|
|
|
|
| [24] |
|
| [25] |
|
| [26] |
|
| [27] |
|
| [28] |
|
| [29] |
李世宽, 洪慧龙, 付佳祺, 谷勇哲, 孙如建, 邱丽娟. BSA-Seq结合RNA-Seq技术挖掘大豆叶片提前黄化衰老基因. 作物学报, 2024, 50(2): 294-309.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2023.34062 |
|
|
|
| [30] |
曾维英, 赖振光, 孙祖东, 杨守臻, 陈怀珠, 唐向民. 基于BSA-Seq和RNA-Seq方法鉴定大豆抗豆卷叶螟候选基因. 作物学报, 2021, 47(8): 1460-1471.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2021.04195 |
|
|
|
| [31] |
|
| [32] |
|
| [33] |
|
| [34] |
|
| [35] |
|
| [36] |
doi: 10.1038/nbt.1621 pmid: 20436464 |
| [37] |
doi: 10.1186/1471-2105-12-323 pmid: 21816040 |
| [38] |
|
| [39] |
|
| [40] |
doi: 10.1101/gr.107524.110 pmid: 20644199 |
| [41] |
|
| [42] |
|
| [43] |
|
| [44] |
|
| [45] |
|
| [46] |
|
| [47] |
陈正杰, 宛永璐, 钟文娟, 陈四维, 周永航, 石盛佳, 蒋理, 戢沛城, 杨泽湖, 毛正轩, 牟方生. 基于大豆基因组重测序的InDel标记开发及应用. 植物遗传资源学报, 2021, 22(3): 815-833.
doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.20201028003 |
|
|
|
| [48] |
|
| [49] |
郭小红, 房裕东, 韦清源, 汤复跃, 陈文杰, 梁江, 韩天富, 陈渊. 黄淮海夏大豆品种中黄39在南宁的三季繁育可行性研究. 大豆科学, 2020, 39(6): 856-861.
|
|
|
|
| [50] |
doi: 10.1186/1471-2164-13-484 pmid: 22985019 |
| [51] |
|
| [52] |
|
| [53] |
|
| [1] | 李永娟, 张悦彤, 王艺博, 赵长江, 宋洁, 陈雪丽, 姚钦. 生物炭施用对大豆轮连作系统土壤固氮微生物nifH基因丰度及群落组成的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1272-1285. |
| [2] | 杨岩, 江丽华, 李妮, 石璟, 谭德水, 刘玉敏, 赵环宇, 徐钰. 水肥运筹降低设施菜地氮淋失协同增产增效[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 850-861. |
| [3] | 杨帆, 胡小倩, 王宇, 岳彩霞, 张锐, 田雯, 汪婷婷, 李阳, 季美泉, 张莉会, 安可婧. 蜂蜜中需氧芽孢杆菌检测条件优化及污染特征分析[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 887-899. |
| [4] | 刘方东, 孙磊, 王吴彬, 赵晋铭, 盖钧镒. 我国大豆种植制度的变更和生态栽培区划调整的建议[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 486-498. |
| [5] | 蔡廷阳, 朱玉鹏, 李瑞东, 吴宗声, 徐一帆, 宋雯雯, 徐彩龙, 吴存祥. 苗期叶损伤对黄淮海夏大豆光合特性、荚果分布及产量形成的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 292-304. |
| [6] | 王忠妮, 雷月, 李佳丽, 宫彦龙, 朱速松. ABC转运蛋白OsARG1调控水稻抽穗期的功能[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 1-16. |
| [7] | 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. |
| [8] | 吴琼, 谢香庭, 王磊, 牟勇, 李进伟. 转基因大豆DBN8205转化体特异性定量PCR方法的研发和验证[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 29-40. |
| [9] | 吕涛, 孙国清, 郭栋材, 陈全家, 蔡永生, 樊标星, 曲延英, 郑凯. 海岛棉纤维强度QTL紧密连锁InDel分子标记开发及效应评价[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1684-1701. |
| [10] | 张义茹, 韩雪, 姚鑫杰, 冯军, 魏爱丽, 李文超, 张彬, 韩渊怀, 李红英. 基于多组学解析谷子后熟米色变化的分子机制[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1702-1718. |
| [11] | 韦萍, 潘炬忠, 朱德平, 邵胜雪, 陈珊珊, 韦雅倩, 高维维. OsDREB1J调控水稻籽粒大小的功能研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1463-1478. |
| [12] | 滕梦鑫, 徐亚, 何静, 汪奇, 乔飞, 李敬阳, 李新国. 香蕉Ca2+-ATPase基因家族的鉴定及功能分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1418-1433. |
| [13] | 邹晓威, 夏蕾, 朱晓敏, 孙辉, 周琦, 齐霁, 张亚封, 郑岩, 姜兆远. 基于转录组测序的玉米瘤黑粉菌UM01240过表达菌株诱导玉米抗病性分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1116-1130. |
| [14] | 孙萍, 朱文灿, 林贤锐, 吴嘉颀, 曹译文, 陈辰斐, 王轶, 朱建锡, 贾惠娟, 钱敏杰, 沈建生. 基于代谢组和转录组解析多雨寡照对桃果皮着色和类黄酮积累的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1173-1194. |
| [15] | 谢露露, 李福, 张思远, 高建昌. 基于跨物种转录组解析影响不定根发生的保守基因[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1195-1209. |
|
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