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盐胁迫下胡杨根系发育与遗传调控
1
作者 张波 卢凯燕 +1 位作者 张晓宇 邬荣领 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第1期72-84,共13页
【目的】探究胡杨主根分别在正常和盐胁迫条件下的生长适应性模式,有效定位影响胡杨根系表型性状的显著数量性状座位(QTL),将遗传调控网络可视化,进一步探究胡杨根系表型性状在盐胁迫下的遗传调控机制。【方法】基于胡杨在正常和盐胁迫... 【目的】探究胡杨主根分别在正常和盐胁迫条件下的生长适应性模式,有效定位影响胡杨根系表型性状的显著数量性状座位(QTL),将遗传调控网络可视化,进一步探究胡杨根系表型性状在盐胁迫下的遗传调控机制。【方法】基于胡杨在正常和盐胁迫条件下的表型与基因型数据,运用主成分分析、方差分析和动态模型拟合等统计方法分析表型变化规律,采用功能作图方法定位显著QTL,将根系在盐胁迫下表型性状的遗传调控网络可视化。【结果】(1)相关性分析表明,胡杨根系性状在正常条件下表现出高度协同作用,而在盐胁迫下通过减少根数量来增加平均根长;基于主成分分析确定了主根长、主根表面积和主根数量作为研究的主要表型性状;与正常条件相比,盐胁迫对主根长、主根表面积和主根数量3种表型性状产生了抑制作用。比较拟合优度R2发现,相较于Logistic、Richards和Weibull生长方程,Gompertz模型表现最优。(2)在正常条件下,分别定位到100、89、85个调控主根长、主根表面积、主根数量的显著QTLs,主要分布于连锁群1、4、5、14和15;在盐胁迫下,分别定位到91、85、87个调控以上3个性状的显著QTLs,集中分布于2、3、5、13和18连锁群。(3)遗传效应分析显示,两种条件下影响主根长度的显著QTLs遗传效应均随时间持续上升;影响主根数量的显著QTLs主要表现为持续上升,部分位点表现为先升后降或先降后升的趋势;影响主根表面积的显著QTLs在正常条件下呈现3种模式—先升后降、持续波动上升和先升后降再升,而在盐胁迫下大多持续上升。(4)正常条件下,分别注释到影响主根长、主根表面积、主根数量表型性状的21、14、14个候选基因,主要集中于基本的代谢过程、生长素转运、染色体分离等;盐胁迫下分别注释到19、17、15个候选基因,主要富集于胁迫响应、氧化还原平衡、铁离子运输和tRNA修饰等。(5)可视化遗传网络发现,枢纽基因(LOC105114908)和(LOC105120566)可能参与胡杨盐胁迫响应。【结论】盐胁迫显著影响了胡杨根系的生长发育。运用多种统计模型,本研究定位到影响根系生长的显著QTLs,揭示了其遗传效应随环境变化的动态特征。研究结果为理解胡杨适应盐胁迫的遗传调控基础提供了新见解,并为林木遗传改良研究提供了方法支持。 展开更多
关键词 胡杨 盐胁迫 功能作图 遗传效应 遗传网络 数量性状基因座位 主根性状
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利用异速生长模型和博弈论解析藏川杨主干动态生长的遗传调控机制
2
作者 危学达 王玉 +4 位作者 丁孟东 吴双 梁丹 叶梅霞 邬荣领 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期154-164,共11页
【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高... 【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高度与直径性状的动态生长互作微分方程,利用系统作图构建藏川杨主干生长遗传解析的统计模型。进一步以藏川杨自然群体作为研究材料,调查其在温室内的生长动态数据,结合本群体的高通量分子标记数据,开展藏川杨的全基因组基因定位工作。【结果】藏川杨主干高度和直径的整体生长曲线符合Logistic生长曲线,拆分整体生长曲线发现,藏川杨主干的直径生长对高度生长具有抑制作用,而高度生长对直径生长具有促进作用。所有藏川杨高度和直径的个体拟合优度> 0.90,且2个性状拟合的残差均服从随机分布,说明使用广义Lotka-Volterra微分方程来拟合藏川杨高度和直径效果很好。基于功能作图方法共定位到78个显著位点,可注释到52个候选基因。以2号染色体上最显著的SNP为例,对藏川杨高度和直径进行遗传解析,发现该SNP的3种基因型(AA、AC、CC)具有相似的高度–直径相互作用模式。该SNP对整体生长、独立生长和依赖生长发挥了不同方式的遗传效应。对定位到的显著位点进行功能注释,可将这些位点所在的基因分为:与木质素/细胞壁合成相关基因、与生长发育相关基因、与抗病抗逆性相关基因、与光合作用相关基因这4类。【结论】结合异速生长模型和博弈理论的基因定位模型,可检测基因如何通过合作或竞争策略来调控藏川杨主干的大小,识别树干动态生长的过程和模式,相关模型也可为其他物种重要性状之间的深层次遗传解析提供借鉴。 展开更多
关键词 藏川杨 博弈论 异速生长模型 高度 直径 数量性状位点
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功能作图的混合效应模型开发
3
作者 王子健 叶梅霞 +1 位作者 张涵 邬荣领 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期163-172,共10页
【目的】以大肠杆菌菌株丰度和功能作图模型为研究基础,通过在功能作图模型中引入群体的固定效应和个体间亲缘关系造成的随机效应,探究混合效应对功能作图模型性能的影响。【方法】本研究在功能定位框架基础上,使用大肠杆菌动态培养的... 【目的】以大肠杆菌菌株丰度和功能作图模型为研究基础,通过在功能作图模型中引入群体的固定效应和个体间亲缘关系造成的随机效应,探究混合效应对功能作图模型性能的影响。【方法】本研究在功能定位框架基础上,使用大肠杆菌动态培养的生长数据作为实际案例,将亚群和SNP基因型作为固定效应的来源,将固定效应因素融入定位模型,提出了Q矩阵模型的扩展;在保留使用方差–协方差模型对随机残差建模的前提下,使用Legendre模型对随机效应建模,开展了固定效应加一般性的随机效应的混合效应模型分析(模型1);利用限制性似然估计的方法推导其方差–协方差参数、随机效应和固定效应,开展了固定效应和亲缘关系造成随机效应的混合模型(模型2)分析;利用Zwald检验法推导各标记位点p值的计算方法。【结果】(1)2种模型中,95%的标记呈现出p值与期望值相吻合的特点,p值分布在QQ图中的上翘结果满意。(2)模型2相比模型1检测到了更多的SNP位点,表明模型2对亲缘关系造成的随机效应解释性更强。(3)计算机模拟结果显示:样本量较小、遗传力较低时,模型假阳性率为4.77%;当样本量为800,遗传力为1%时,模型对QTL的发现率可超过70%;或当样本量为400,遗传力超过1.5%时,QTL发现率也可超过70%。【结论】本研究提出的在功能作图模型中引入固定效应和亲缘关系造成的随机效应的混合模型的方法较好地完善了功能定位理论,对固定效应中的协变量因素具有较好的校正功能,可有效剖分随机效应与剩余残差;为后续完善功能定位,开发固定效应加亲缘关系(Q+K)模型的软件包奠定了良好基础。 展开更多
关键词 功能作图 关联分析 混合效应 限制性最大似然估计 数量性状位点
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利用系统作图解析藏川杨邻株互作遗传调控机理
4
作者 丁孟东 危学达 +1 位作者 王玉 祝绪礼 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期63-73,共11页
【目的】植株之间的互作对生态系统的形成具有重要意义,本研究在邻株互作这一最小的种内互作单元水平上,研究植物间相互作用的遗传调控机制。【方法】以不同系号的藏川杨自然群体作为研究材料,两两随机配对扦插于花盆中,调查其生长季的... 【目的】植株之间的互作对生态系统的形成具有重要意义,本研究在邻株互作这一最小的种内互作单元水平上,研究植物间相互作用的遗传调控机制。【方法】以不同系号的藏川杨自然群体作为研究材料,两两随机配对扦插于花盆中,调查其生长季的株高动态表型;结合本群体SNP标记数据,基于系统作图进行藏川杨的全基因组基因定位工作,定位显著QTL;利用GO富集分析和构建常微分互作网络,分析候选基因的功能。【结果】(1)共定位到92个显著位点,可注释到31个候选基因。(2)GO富集分析中,生物学过程包括生长素信号通路和脱落酸信号通路等,分子功能包括内肽酶活性和蛋白酶活性等,细胞组分包括呼吸链和细胞色素等。(3)在31个候选基因中,第5、8、10、12、21号基因是直接效应网络的枢纽基因,第5、8、10、13号基因是间接效应网络的枢纽基因,第5、8、13号基因是上位互作网络的枢纽基因,其中5、10、13基因参与植物免疫反应和响应环境胁迫。【结论】对于藏川杨间的种内邻株互作,系统作图可筛选互作相关的遗传位点,构建遗传调控网络并挖掘枢纽基因,可为解析木本植物互作的遗传机制提供新的视角。 展开更多
关键词 系统作图 邻株互作 调控网络 QTL 藏川杨
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胡杨幼苗生长相关性状QTL上位性分析
5
作者 王平 王东洋 +2 位作者 王晶 姜立波 邬荣领 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期49-59,共11页
【目的】幼苗期是植物生长发育的重要阶段,幼苗生长相关性状的研究对改善农作物以及林木的生产以及提高抗逆性具有重要意义。目前尚无研究对胡杨幼苗生长阶段相关表型的上位互作机制进行解析。【方法】本研究以包含408个单株的胡杨×... 【目的】幼苗期是植物生长发育的重要阶段,幼苗生长相关性状的研究对改善农作物以及林木的生产以及提高抗逆性具有重要意义。目前尚无研究对胡杨幼苗生长阶段相关表型的上位互作机制进行解析。【方法】本研究以包含408个单株的胡杨×胡杨杂交的F1代群体为实验材料,获取茎高、主根长、总侧根长和侧根数量4种表型动态生长数据;基于该群体所构建的高密度连锁图谱,通过功能作图和2HIGWAS对基因之间的上位互作进行定位。【结果】共侦测出QTL-QTL互作83对,包含83个SNPs。其中主根长、茎高、侧根总长、侧根数量分别检验出24对、20对、24对、15对显著QTL互作;主根长、茎高以及侧根总长较大比例的上位互作分别集中分布于连锁群1、19和17。另外对4个表型显著上位互作的QTLs进行功能注释,19个QTLs注释到候选基因。【结论】影响侧根总长的显著互作具有较高的遗传力,在连锁群17集中分布,可能是重要的候选基因区域,能够为胡杨以及林木分子标记辅助育种提供重要的借鉴。 展开更多
关键词 QTL 上位效应 2HIGWAS 幼苗生长 胡杨
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拟南芥株高性状全基因组上位互作网络构建
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作者 杨镇宇 祝绪礼 +2 位作者 曹译戈 任翔宇 邬荣领 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期21-32,共12页
【目的】以拟南芥株高性状及上位性网络模型为研究基础,通过构建不同层次的互作调控网络,探究、揭示植物生长发育过程中多基因在复杂网络中相互作用的过程或规律。【方法】以拟南芥的84个重组自交系为实验材料,共获得417 495个单核苷酸... 【目的】以拟南芥株高性状及上位性网络模型为研究基础,通过构建不同层次的互作调控网络,探究、揭示植物生长发育过程中多基因在复杂网络中相互作用的过程或规律。【方法】以拟南芥的84个重组自交系为实验材料,共获得417 495个单核苷酸位点(SNPs)及8个时间点的株高生长数据,基于功能作图方法对测序得到的不同基因型与株高性状进行关联分析后,通过结合系统生物学中模块化的概念及统计学中降维的思想,在常微分方程组的基础上构建稀疏、有向、可量化的模块以及基因之间的上位性互作网络,同时使用拟南芥在线数据库对不同功能模块中的候选基因进行富集分析与功能注释。【结果】研究结果表明,在宏观遗传调控网络中,大部分功能模块在拟南芥发育过程中起正向调控的作用,并且随时间的变化会改变互作的策略。在微观调控网络中,与拟南芥的结构发育密切相关的基因AT4G29140在网络中对其他位点都是上调作用,同时只受到与衰老有关基因的下调作用。而与维持细胞的稳态有关的基因AT4G36910不主动发挥调控作用,其功能表达非常依赖于其他基因的控制。基因AT4G22680可能通过调节RP1的表达发挥其调控的功能。【结论】本研究从关联分析与复杂网络的角度上,探究了影响拟南芥生长的上位性机制,为植物遗传结构的解析提供了新的方法和思路。 展开更多
关键词 复杂性状 遗传方差 统计模型 基因上位性网络 拟南芥
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