全基因組關(guān)聯(lián)分析饅頭比容與質(zhì)構(gòu)SNP標記

1、全基因組關(guān)聯(lián)分析饅頭比容與質(zhì)構(gòu)S N P標記劉娟1陳廣鳳2田紀春3吳澎1趙子彤1楊藝1李向陽1唐曉珍1(山東省高校食品加工技術(shù)與質(zhì)量限制重點實驗室；山東農(nóng)業(yè)大學食品學院 1,泰安 271018)(德州學 院生態(tài)與景觀學院2,德州 253023)(山東農(nóng)業(yè)大學小麥品質(zhì)育種研究室；山東省作物生物學重點實驗室3,泰安 271018)摘要為從分子水平研究限制饅頭比容與質(zhì)構(gòu)性狀的基因位點,以 205份不同小麥品種為實驗材料,利 用分布于小麥全基因組的 24 355個單核昔酸多態(tài)性(SNP標記對饅頭比容與質(zhì)構(gòu)性狀進行關(guān)聯(lián)分析.共 檢測到42個比容性狀顯著關(guān)聯(lián)位點,其中8個極顯著關(guān)聯(lián)位點(P< 1),

2、同時也是高遺傳奉獻率位點(F2>10% , 2個位點至少在兩個環(huán)境中穩(wěn)定表達；檢測到 313個質(zhì)構(gòu)性狀顯著關(guān)聯(lián)位點,其中 31個極顯著關(guān)聯(lián)位點, 46個高遺傳奉獻率位點,11個位點至少在兩個環(huán)境中穩(wěn)定表達.同時,開掘了 5個質(zhì)構(gòu)性狀主效關(guān)聯(lián)位點,如3B染色體上黏聚性關(guān)聯(lián)位點Kukri_c13329_800等.本研究所得到的這些標記為在分子水平上研究饅頭品質(zhì)性狀提供了有價值的參考.關(guān)鍵詞饅頭比容饅頭質(zhì)構(gòu)單核音酸多態(tài)性標記全基因組關(guān)聯(lián)分析顯著關(guān)聯(lián)位點中圖分類號：文獻標識碼：AGenome-WideAssociation Analysis between SNPMarkers and Spec

3、ific volume and Texture Related Traits of Steamed BreadLIU Juan 1, CHEN Guangfeng 2, TIAN Jichun3, WU Peng 二 ZHAO Zitong 1, YANG Yi 1,LI Xiangyang 1, TANG Xiaozhen 1(Key Laboratory of Food Processing Technology and Quality Control in Shandong Province ； College of Food Science and Engineering, Shand

4、ong Agricultural University 1, Taian 271018) (College of Ecology and Landscape Architecture, Dezhou University 2, Dezhou 253023) (State Key Laboratory of Crop Biology ； Group of Quality Wheat Breading, Shandong Agricultural University3, Taian271018)Abstract In order to study the gene loci that contr

5、ol specific volume and texture of steamed bread, 205 diverse wheat varieties were used to conduct trait-markers association using24 355single nucleotide polymorphism (SNP) markers covered the whole genome of wheat. In the results, 42 significant markers were detected for specific volume of steamed b

6、read distributed across 7 chromosomes of wheat, including 8 highly significant markers (P< 1), as well as high geneticcontribution markers (R2>10%), 2 markers detected in two or more environment. 313 significantmarkers were detected for texture traits of steamed bread mapped onto 15 chromosome

7、s of wheat, including 31 highly associated markers( P< 1), 46 high genetic contribution markers and 11 stablemarkers. At the same time, 5 main sites were detected for texture of steamed bread, such as Kukri_c13329_800 on chromosome 3B. These results will facilitate further researches in sensory p

8、roperties in steamed bread. 1Key words bread specific volume, bread texture, single nucleotide polymorphism markers, genome-wide association analysis, significant markers饅頭的比容和質(zhì)構(gòu)性狀作為影響?zhàn)z頭感官品質(zhì)和市場銷售的重要指標,一直以來都是饅頭加工或品質(zhì)改進研究的熱點領(lǐng)域,目前對于饅頭比容和質(zhì)構(gòu)的研究多傾向于原料、 添加劑以及小麥顆粒度等方 面I" ,對加工技術(shù)的研究多于根底研究.小麥是異源六倍體作物, 因而對其

9、基因的研究相較于玉米 、水稻8等較晚,但近幾年檢測手 段的進步,使得對小麥農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀的的基因研究日趨完善, 但對小麥類產(chǎn)品如饅頭、面條等感官性狀的基因研究尚鮮見報道.隨著當前單核甘酸多態(tài)性SNP標記研究的快速開展,以及測 序技術(shù)和基因芯片技術(shù)的開展,自動化程度更高的第3代SNPfe記已 迅速取代SSRRFL畤傳統(tǒng)標記,成為最具有開展?jié)摿Φ姆肿訕擞?. SNFfe記遺傳穩(wěn)定、數(shù)量多、分布廣且易于檢測的特點使其能滿足全 基因組關(guān)聯(lián)分析對大樣本、高密度標記的要求,適合于數(shù)量龐大的檢 測分析,可極大的提升關(guān)聯(lián)分析的效力10-11,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于小麥遺 傳連鎖圖譜的構(gòu)建12-14、分子標記輔助育

10、種15-17、遺傳分析和物種進基金工程：山東省重點研發(fā)方案公益類2021GNC10101山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室開放課題2021KF14收稿日期：2021-10-09作者簡介：劉娟,女,1994年出生,碩士,食品科學通訊 吳澎,女,1972年出生,副教授,食品平安與質(zhì)量限制田紀春,男,1953年出生,教授,小麥作物育種化等研究方面18-20.本研究以205份不同小麥品種為實驗材料,通過 全基因組關(guān)聯(lián)分析以求找到與饅頭比容和質(zhì)構(gòu)緊密關(guān)聯(lián)的SNPfe記,為從分子層面研究饅頭品質(zhì)性狀提供有價值的參考.1 材料與方法實驗材料與表型鑒定205份不同小麥品種,其中203份來自于中國十個種植冬小

11、麥的 省份,包括山東138份、河南24份、河北14份、安徽8份、71蘇6 份、北京5份、陜西4份、甘肅2份、貴州與寧夏分別1份；剩余2 份分別來自法國與墨西哥.其中,骨干親本132份,高代品系73份, 高代品系均來源于山東省.在2021年和2021年間分別將試驗材料種植于山東泰安山東農(nóng) 業(yè)大學和山東德州德州市農(nóng)業(yè)科學院,播種時每份材料播種三 行,行長2 m,行間距m,均勻播種70粒.在小麥生長期間,對其 進行常規(guī)的田間治理,沒有出現(xiàn)嚴重的病蟲害及倒伏現(xiàn)象. 待小麥成 熟后將其進行收割、標記并研磨成粉.饅頭的制作參考周素梅21等人 的方法并略做改進.待饅頭冷卻后開始測量饅頭的質(zhì)量、體積與質(zhì)構(gòu).

12、饅頭的體積采用菜籽置換法測量, 體積與質(zhì)量之比即為比容22;體積 測量結(jié)束后,用切割機將饅頭沿豎直方向平行切割成三片, 取中間片 于質(zhì)構(gòu)儀上,在TPA模式下采用P35探頭進行壓縮實驗沖,測試前速 率mm/s,測試速率mm/s,測試后速率 mm/s,下壓程度 50%第一次壓縮結(jié)束后,探頭回到起始位置,等待 3s后進行第二次壓縮.并采用軟件統(tǒng)計分析所得數(shù)據(jù).DNA提取和90K SNP芯片分型根據(jù)稍作改動的Triticarte 方法提取小麥幼葉中DNA并用 的瓊脂糖電泳對提取到的DNAt行濃度與質(zhì)量的檢測.委托加利弗尼 亞大學生物技術(shù)檢測中央,使用最新開發(fā)的90K基因芯片含81 587 個SNP對實

13、9材料DNAS行分型,并利用 GenomeStudio軟件對分 型結(jié)果進行讀取及保存.為保證得到的基因數(shù)據(jù)的質(zhì)量,用plink24 對基因數(shù)據(jù)進行處理,選取檢出率大于和低頻基因頻率大于的 SNP示 記,最終得到24 355個SN即于饅頭比容和質(zhì)構(gòu)關(guān)聯(lián)分析.在參照 Wan&5等整合的遺傳圖譜的根底上,得到本實驗群體的 SNPM合遺傳圖譜信息.表1.表1 SNP復合遺傳圖譜信息染色體連鎖群長度/cM染色體連鎖群長度/cM染色體連鎖群長度/cM1A15061B23901D6292A14622B19772D7693A11543B16283D3314A11454B8824D785A12435B2

14、1875D2406A14636B17866D2347A15507B14717D230總計24355性狀與標記間的關(guān)聯(lián)分析運用TASSEL軟件中的MLMJI型對饅頭比容及質(zhì)構(gòu)性狀與標記之 間進行關(guān)聯(lián)分析,當結(jié)果中關(guān)聯(lián)標記的P<時,認為該標記與目標性狀存在顯著關(guān)聯(lián)；P< 1時,認為標記與目標性狀存在極顯著關(guān)聯(lián), 當標記在兩個及以上環(huán)境中同時被檢測到那么認為其是目標性狀相對 穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)位點.2 .結(jié)果與分析比容與質(zhì)構(gòu)性狀表型變異分析四個環(huán)境下,小麥粉饅頭比容與質(zhì)構(gòu)表型數(shù)據(jù)如表 2所示.各性 狀均有較大的變異系數(shù),表 2中,E4環(huán)境下饅頭比容性狀的變異系 數(shù)最大為,E1環(huán)境下變異系數(shù)最小衿

15、；表3中,E1環(huán)境黏著 性變異系數(shù)最大% ,彈性變異系數(shù)最小衿.除個別環(huán)境外,各 性狀的偏度和峰度的絕對值大局部都小于1,符合正態(tài)分布,變現(xiàn)為數(shù)量性狀遺傳,適合進行關(guān)聯(lián)分析.表2四個環(huán)境下饅頭比容、質(zhì)構(gòu)在群體中的表型數(shù)據(jù)性狀環(huán)境 最小值 最大值 范圍 均值土標準差CV/%偏度峰度比容E1士E2土E3土硬度E1+E2+E3+E4+黏著性E1+E2+E3+E4+彈性E1+E2+E3+E4+黏聚性E1+E2+E3+E4+膠著性E1+咀嚼性回復性E3E4E1E2E3E4E14943E2E3E4注：E1: 2021年泰安點；E2: 2021年德州點；E3: 2021年泰安點；E4: 2021年德州點,余

16、同.SNP標記與饅頭比容、質(zhì)構(gòu)相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析通過對四個環(huán)境中小麥粉饅頭性狀與標記間的關(guān)聯(lián)分析,共得到42個比容性狀顯著關(guān)聯(lián)位點代,分布于小麥21條染色體中的16 條,單個位點表型遺傳變異奉獻率為 其中8個極顯著關(guān)聯(lián)位點 代1,同時也是高遺傳奉獻率位點F2>10% , 2個相對穩(wěn)定位 點在兩個及以上環(huán)境中表達,分布于小麥的2A、2B、2D 3A、4B、6B、7A染色體上.位于4B染色體上的極顯著關(guān)聯(lián)位點 Tdurum_contig4974_355遺傳奉獻率最大,可解釋 %勺表型變異,但只在E4環(huán)境中檢測到表3四個環(huán)境下共檢測到313個質(zhì)構(gòu)性狀顯著關(guān)聯(lián)位點,分布于小麥 的17條染色體上,

17、單個位點表型變異奉獻率為 其中31個極顯 著代1 關(guān)聯(lián)位點,11個相對穩(wěn)定關(guān)聯(lián)位點,46個高遺傳奉獻率 位點,分布于小麥的15條染色體上1A、1B、2A 2B 2n 3A、3B 4A、5A 5B、5D 6A、7A 7B和7.同時,檢測到 5個極顯著位 點,如3B染色體上黏聚性關(guān)聯(lián)位點 Kukri_c13329_80O> 7B染色體上 咀嚼性關(guān)聯(lián)位點 Tdurum_contig61884_836等,在兩個環(huán)境中表達, 且奉獻率大于10%為主效關(guān)聯(lián)位點.表3四個環(huán)境中與饅頭比容、質(zhì)構(gòu)性狀相關(guān)的極顯著 A 1、高奉獻率和穩(wěn)定位點標記染色體位置R/%P值環(huán)境比容BobWhite_c31163_6

18、942A143E1Kukri_c58096_4802B134,E1,E4Kukri_c13329_8002D37E4GENE-1820_6613A91E1Ku_c73010_1433A91E1Excalibur_c41557_1473A89E1Tdurum_contig4974_3554B61E46B24E17A42E4tplb0027d 07_6337A60,E1,E4黏著性Kukri_c59535_1861B161E3Kukri_c79633_882A163,E1,E2Kukri_c102346_6682A48E4GENE-0592_2682B57E3RAC875_rep_c107702_

19、752B161E2Kukri_c19434_9362D9E4BS00022276_512D18E3Kukri_c1526_6662D97E2BS00110564_513A129E2RFL_Contig5418_3473B70E33B70,E2,E3RAC875_c58159_9893B71E3Tdurum_contig23273_3155B111,E3,E4GENE-2794_5345B110E3BS00084907_515B144E3BS00067911_517A232E47B136E4BS00023069_517B171E2咀嚼性Excalibur_c4948_907B145E2Tduru

20、m_contig61884_8367B148,E1,E2IAAV88367B144E2BS00041585_512B70E1黏聚性BS00065168_511A17E2Kukri_c13329_8002D37,E1,E4Tdurum_contig5009_3493A182E2RFL_Contig3008_13703B9E3Tdurum_contig45817_1933B106E1BS00067744_515B101,E3,E4RAC875_c27696_7187A136E2Tdurum_contig56175_7917A136E2硬度BS00041585_512B70E1IAAV42062B7

21、0E1RAC875_c12766_4612B70E1IAAV22772B70E1BobWhite_c8436_3914A153,E1,E4Tdurum_contig61884_8367B148E2Excalibur_c4948_907B145E2IAAV88367B144E2BS00066342_517B155,E2,E3彈性1A71E3Ex_c21450_3961A71E3Ra_c69908_18771A71E3Ex_c3201_10461A140E22A83E2IAAV15352B145E2Tdurum_contig10048_612B146E2Tdurum_contig52627_726

22、2B146E2BobWhite_c12911_7882B147E2wsnp_CAP11_c3226_15880702B147E2Excalibur_c4964_2755A39E2BS00099401_516A141E2GENE-4717_7967D193E2回復性Kukri_c13329_8002D37E1RAC875_c5427_4473B92E2RAC875_c27696_7187A136,E2,E4膠著性Ex_c5445_9815A16,E1,E2BS00000020_515D103,E1,E23.討論標記本身的特性決定了其在遺傳連鎖圖譜上的分布密度,進而對其所定位的QTL產(chǎn)生影響,本研

23、究整合的遺傳連鎖圖譜全長 3 cM, 標記間平均距離cM,且標記的數(shù)量遠超過4 000個.因此,該圖譜 具有分子標記數(shù)目較多,覆蓋的遺傳距離長,標記間平均距離小等突 出特點,且該圖譜的建成將有助于鑒別和挖掘優(yōu)異的遺傳變異位點. 在所有的標記中,B染色體組檢測到的標記數(shù)目最多,A染色體組次 之,D染色體組標記數(shù)目最少,這可能是由于小麥 D染色體組具有相 對較高的保守性造成的閩.本研究利用SNP標記對饅頭比容和質(zhì)構(gòu)相關(guān)性狀進行關(guān)聯(lián)分析,采用MLM莫型,將協(xié)變量每個品種個體的 Q值、親緣關(guān)系納入回 歸分析,并設(shè)置較高的閾值PW 1 來預(yù)防因親緣關(guān)系和群體分層 所引發(fā)的偽關(guān)聯(lián),從而保證實驗結(jié)果的可信度

24、.在不同環(huán)境中所得到 的位點常會出現(xiàn)不一致的情況,或許是由于環(huán)境的作用,這是多基因 限制的數(shù)量性狀的首要特點.有些位點在兩個及以上環(huán)境中同時被檢 測到,被稱作相對穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)位點.與 SSFfe記相比,SNPfe記與功 能基因的關(guān)聯(lián)更加緊密,這是由于SNPfe記不僅在小麥基因中有遺傳 穩(wěn)定、數(shù)量多等特點,而且有些基因內(nèi)的SN哈對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和表 達有直接影響27.本研究通過關(guān)聯(lián)分析得到2個比容性狀相對穩(wěn)定位 點,11個質(zhì)構(gòu)性狀相對穩(wěn)定位點,如 E1、E4環(huán)境中同時檢測到的與 比容顯著關(guān)聯(lián)的位點tplb0027d07_633, E1、E4個環(huán)境中檢測到的與 硬度關(guān)聯(lián)的位點BobWMte_c8436

25、_39侍,可作為參考應(yīng)用于小麥分 子標記輔助育種.4.結(jié)論利用分布于小麥全基因組的24 355個SNP&點對205份不同小 麥粉饅頭的比容和質(zhì)構(gòu)性狀進行全基因組關(guān)聯(lián)分析.檢測到42個饅頭比容性狀顯著關(guān)聯(lián)位點,其中8個極顯著P< 1且高遺傳奉獻位 點,2個相對穩(wěn)定關(guān)聯(lián)位點,分布于小麥的7條染色體上.檢測到313 個饅頭質(zhì)構(gòu)性狀顯著關(guān)聯(lián)位點,有 31個極顯著代1 關(guān)聯(lián)位點, 11個相對穩(wěn)定關(guān)聯(lián)位點,46個高遺傳奉獻率位點R2>10%,分布 于小麥的15條染色體上.同時,檢測到5個質(zhì)構(gòu)性狀主效關(guān)聯(lián)位點. 本實驗所得到的這些標記對從分子水平深入研究小麥粉的品質(zhì)性狀 具有重要意義,并

26、為小麥分子育種提供一定參考.參考文獻1魏春紅,李春輝,鹿保鑫,等.不同粒度小米粉性質(zhì)及對饅頭品質(zhì)的影響J.糧食與油脂,2021,30(07):65-68WEI Chunhong, LI Chunhui , LU Baoxin , et al. Characteristics of millet flour with different size and its influence on the quality of steamed breadJ. Cereals & Oils, 2021, 30(07):65-682程晶晶,王軍,周小青,等.綠豆超微全粉對饅頭品質(zhì)的影響J.食品工業(yè),2

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