全基因组关联分析馒头比容与质构SNP标记.docx
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全基因组关联分析馒头比容与质构SNP标记
全基因组关联分析馒头比容与质构SNP标记
刘娟1陈广凤2田纪春3吴澎1赵子彤1杨艺1李向阳1唐晓珍1
（山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室；山东农业大学食品学院1，泰安271018）（德州学院生态与景观学院2，德州253023）（山东农业大学小麦品质育种研究室；山东省作物生物学重点实验室3，泰安271018）
摘要为从分子水平研究控制馒头比容与质构性状的基因位点，以205份不同小麦品种为实验材料，利用分布于小麦全基因组的24355个单核苷酸多态性（SNP）标记对馒头比容与质构性状进行关联分析。
共检测到42个比容性状显着关联位点，其中8个极显着关联位点（P<0.0001），同时也是高遗传贡献率位点（R2>10%），2个位点至少在两个环境中稳定表达；检测到313个质构性状显着关联位点，其中31个极显着关联位点，46个高遗传贡献率位点，11个位点至少在两个环境中稳定表达。
同时，发掘了5个质构性状主效关联位点，如3B染色体上黏聚性关联位点Kukri_c13329_800等。
本研究所得到的这些标记为在分子水平上研究馒头品质性状提供了有价值的参考。
关键词馒头比容馒头质构单核苷酸多态性标记全基因组关联分析显着关联位点
中图分类号：
TS201.1文献标识码：
A
Genome-WideAssociationAnalysisbetweenSNPMarkersandSpecificvolumeandTextureRelatedTraitsofSteamedBread
LIUJuan1,CHENGuangfeng2,TIANJichun3,WUPeng1*,ZHAOZitong1,YANGYi1,
LIXiangyang1,TANGXiaozhen1
（KeyLaboratoryofFoodProcessingTechnologyandQualityControlinShandongProvince；CollegeofFoodScienceandEngineering,ShandongAgriculturalUniversity1,Taian271018）（CollegeofEcologyandLandscapeArchitecture,DezhouUniversity2,Dezhou253023）（StateKeyLaboratoryofCropBiology；GroupofQualityWheatBreading,ShandongAgriculturalUniversity3,Taian271018）
AbstractInordertostudythegenelocithatcontrolspecificvolumeandtextureofsteamedbread,205diversewheatvarietieswereusedtoconducttrait-markersassociationusing24355singlenucleotidepolymorphism（SNP）markerscoveredthewholegenomeofwheat.Intheresults,42significantmarkersweredetectedforspecificvolumeofsteamedbreaddistributedacross7chromosomesofwheat,including8highlysignificantmarkers（P<0.0001）,aswellashighgeneticcontributionmarkers（R2>10%）,2markersdetectedintwoormoreenvironment.313significantmarkersweredetectedfortexturetraitsofsteamedbreadmappedonto15chromosomesofwheat,including31highlyassociatedmarkers（P<0.0001）,46highgeneticcontributionmarkersand11stablemarkers.Atthesametime,5mainsitesweredetectedfortextureofsteamedbread,suchasKukri_c13329_800onchromosome3B.Theseresultswillfacilitatefurtherresearchesinsensorypropertiesinsteamedbread.
Keywordsbreadspecificvolume,breadtexture,singlenucleotidepolymorphismmarkers,genome-wideassociationanalysis,significantmarkers
馒头的比容和质构性状作为影响馒头感官品质和市场销售的重要指标，一直以来都是馒头加工或品质改良研究的热点领域，目前对于馒头比容和质构的研究多倾向于原料、添加剂以及小麦颗粒度等方面[1-6]，对加工技术的研究多于基础研究。
小麦是异源六倍体作物，因而对其基因的研究相较于玉米[7]、水稻[8]等较晚，但近几年检测手段的进步，使得对小麦农艺性状及品质性状的的基因研究日趋完善，但对小麦类产品如馒头、面条等感官性状的基因研究尚鲜见报道。
随着当前单核苷酸多态性（SNP）标记研究的快速发展，以及测序技术和基因芯片技术的发展，自动化程度更高的第3代SNP标记已迅速取代SSR、RFLP等传统标记，成为最具有发展潜力的分子标记[9]。
SNP标记遗传稳定、数量多、分布广且易于检测的特点使其能满足全基因组关联分析对大样本、高密度标记的要求，适合于数量庞大的检测分析，可极大的提高关联分析的效力[10-11]，现已广泛应用于小麦遗传连锁图谱的构建[12-14]、分子标记辅助育种[15-17]、遗传分析和物种进化等研究方面[18-20]。
本研究以205份不同小麦品种为实验材料，通过全基因组关联分析以求找到与馒头比容和质构紧密关联的SNP标记，为从分子层面研究馒头品质性状提供有价值的参考。
1材料与方法
1.1实验材料与表型鉴定
205份不同小麦品种，其中203份来自于中国十个种植冬小麦的省份，包括山东138份、河南24份、河北14份、安徽8份、江苏6份、北京5份、陕西4份、甘肃2份、贵州与宁夏分别1份；剩余2份分别来自法国与墨西哥。
其中，骨干亲本132份，高代品系73份，高代品系均来源于山东省。
在2014年和2015年间分别将试验材料种植于山东泰安（山东农业大学）和山东德州（德州市农业科学院），播种时每份材料播种三行，行长2m，行间距0.25m，均匀播种70粒。
在小麦生长期间，对其进行常规的田间管理，没有出现严重的病虫害及倒伏现象。
待小麦成熟后将其进行收割、标记并研磨成粉。
馒头的制作参考周素梅[21]等人的方法并略做改进。
待馒头冷却后开始测量馒头的质量、体积与质构。
馒头的体积采用菜籽置换法测量，体积与质量之比即为比容[22]；体积测量结束后，用切割机将馒头沿竖直方向平行切割成三片，取中间片于质构仪上，在TPA模式下采用P35探头进行压缩实验[23]，测试前速率3.00mm/s，测试速率1.0mm/s，测试后速率1.0mm/s，下压程度50%。
第一次压缩结束后，探头回到起始位置，等待3s后进行第二次压缩。
并采用SPSS18.0软件统计分析所得数据。
1.2DNA提取和90KSNP芯片分型
根据稍作改动的Triticarte（）方法提取小麦幼叶中DNA，并用0.8%的琼脂糖电泳对提取到的DNA进行浓度与质量的检测。
委托加利弗尼亚大学生物技术检测中心，使用最新开发的90K基因芯片（含81587个SNP）对实验材料DNA进行分型，并利用GenomeStudio软件对分型结果进行读取及保存。
为确保得到的基因数据的质量，用PLINKv1.07[24]对基因数据进行处理，选取检出率大于0.8和低频基因频率大于0.05的SNP标记，最终得到24355个SNP用于馒头比容和质构关联分析。
在参照Wang[25]等整合的遗传图谱的基础上，得到本实验群体的SNP复合遗传图谱信息。
（表1）。
表1SNP复合遗传图谱信息
染色体
标记数目
连锁群长度/cM
染色体
标记数目
连锁群长度/cM
染色体
标记数目
连锁群长度/cM
1A
1506
161.35
1B
2390
174.1
1D
629
196.97
2A
1462
185.46
2B
1977
180.33
2D
769
151.92
3A
1154
184.56
3B
1628
150.97
3D
331
156.06
4A
1145
164.12
4B
882
118.91
4D
78
161.1
5A
1243
144.15
5B
2187
219.77
5D
240
207.32
6A
1463
180.74
6B
1786
127.54
6D
234
156.53
7A
1550
232.13
7B
1471
178.85
7D
230
241.28
总计
24355
3674.16
1.3性状与标记间的关联分析
运用TASSEL3.0软件中的MLM模型对馒头比容及质构性状与标记之间进行关联分析，当结果中关联标记的P<0.001时，认为该标记与目标性状存在显着关联；P<0.0001时，认为标记与目标性状存在极显着关联，当标记在两个及以上环境中同时被检测到则认为其是目标性状相对稳定的关联位点。
2．结果与分析
2.1比容与质构性状表型变异分析
四个环境下，小麦粉馒头比容与质构表型数据如表2所示。
各性状均有较大的变异系数，表2中，E4环境下馒头比容性状的变异系数最大（19.54%），E1环境下变异系数最小（8.45%）；表3中，E1环境黏着性变异系数最大（58.50%），弹性变异系数最小（3.21%）。
除个别环境外，各性状的偏度和峰度的绝对值大部分都小于1，符合正态分布，变现为数量性状遗传，适合进行关联分析。
表2四个环境下馒头比容、质构在群体中的表型数据
性状
环境
最小值
最大值
范围
均值±标准差
CV/%
偏度
峰度
比容
E1
1.55
2.91
1.36
2.40±0.20
8.45
-0.179
1.017
E2
1.82
3.38
1.56
2.76±0.28
10.22
-0.727
0.553
E3
1.33
2.66
1.34
1.95±0.28
14.46
0.033
-0.501
E4
1.02
3.19
2.17
1.96±0.38
19.54
0.096
-0.259
硬度
E1
1989.68
11733.98
9744.31
5551.34±2019.18
36.55
0.76
0.355
E2
1989.68
10334.01
8344.33
4971.16±1627.60
32.74
0.4
0.109
E3
718.08
11693.88
10975.8
4932.76±2017.13
40.89
0.403
0.706
E4
213.69
9031.89
8818.2
4055.87±1860.59
45.87
0.232
-0.377
黏着性
E1
0.07
34.67
34.6
5.87±3.44
58.50
1.152
1.136
E2
0.01
34.67
34.67
6.06±3.04
50.04
1.241
0.701
E3
0.02
47.89
47.87
5.39±4.36
41.88
0.936
1.139
E4
0.09
48.89
48.8
5.12±5.08
38.05
0.814
0.95
弹性
E1
0.75
0.97
0.22
0.92±0.03
3.21
-1.348
1.377
E2
0.67
0.97
0.3
0.92±0.05
5.92
-1.561
1.896
E3
0.19
2.37
2.18
0.88±0.28
31.34
1.983
1.109
E4
0.11
1.87
1.76
0.82±0.22
26.69
-1.243
0.973
黏聚性
E1
0.61
0.82
0.22
0.74±0.05
7.11
-0.608
-0.658
E2
0.54
0.83
0.29
0.75±0.04
5.69
-1.579
4.803
E3
0.58
0.94
0.36
0.747±0.07
9.31
1.035
1.144
E4
0.14
0.98
0.84
0.76±0.08
10.40
-1.946
1.302
胶着性
E1
1604.28
7946.13
6341.85
4044.45±1231.72
30.45
0.535
0.377
E2
1604.28
7097.2
5492.93
3721.19±1073.51
28.85
0.144
-0.378
E3
548.92
8102.41
7553.49
3574.79±1312.60
36.72
0.293
0.977
E4
191.81
6326.79
6134.98
3043.64±1267.87
41.66
0.161
-0.278
咀嚼性
E1
1543.19
7340.96
5797.78
3752.17±1147.58
30.58
0.569
0.291
E2
1543.19
6486.19
4943
3432.67±1000.27
29.14
0.187
-0.431
E3
129.83
7173.33
7043.51
3189.95±1297.82
40.68
-0.15
0.549
E4
20.72
8515.79
8495.08
2678.41±1325.78
49.50
0.33
0.312
回复性
E1
0.26
0.46
0.21
0.36±0.06
15.02
-0.243
-0.763
E2
0.23
0.46
0.24
0.38±0.04
11.58
-0.653
0.745
E3
0.26
0.63
0.36
0.38±0.08
21.65
1.3
1.22
E4
0.1
0.67
0.57
0.40±0.09
21.88
1.021
1.912
注：
E1：
2014年泰安点；E2：
2014年德州点；E3：
2015年泰安点；E4：
2015年德州点，余同。
2.2SNP标记与馒头比容、质构相关性状的关联分析
通过对四个环境中小麦粉馒头性状与标记间的关联分析，共得到42个比容性状显着关联位点（P<0.001），分布于小麦21条染色体中的16条，单个位点表型遗传变异贡献率为6.57～18.31%。
其中8个极显着关联位点（P<0.0001），同时也是高遗传贡献率位点（R2>10%），2个相对稳定位点（在两个及以上环境中表达），分布于小麦的2A、2B、2D、3A、4B、6B、7A染色体上。
位于4B染色体上的极显着关联位点Tdurum_contig4974_355遗传贡献率最大，可解释17.10%的表型变异，但只在E4环境中检测到（表3）。
四个环境下共检测到313个质构性状显着关联位点，分布于小麦的17条染色体上，单个位点表型变异贡献率为5.49～25.14%。
其中31个极显着（P<0.0001）关联位点，11个相对稳定关联位点，46个高遗传贡献率位点，分布于小麦的15条染色体上（1A、1B、2A、2B、2D、3A、3B、4A、5A、5B、5D、6A、7A、7B和7D）。
同时，检测到5个极显着位点，如3B染色体上黏聚性关联位点Kukri_c13329_800、7B染色体上咀嚼性关联位点Tdurum_contig61884_836等，在两个环境中表达，且贡献率大于10%，为主效关联位点。
表3四个环境中与馒头比容、质构性状相关的极显着（P<0.0001）、高贡献率和稳定位点
性状
标记
染色体
位置
R2/%
P值
环境
比容
BobWhite_c31163_694
2A
143
12.77
2.78E-05
E1
Kukri_c58096_480
2B
134
9.51,8.71
3.46E-04,2.66E-04
E1,E4
Kukri_c13329_800
2D
37
11.97
1.16E-05
E4
GENE-1820_661
3A
91
10.89
3.37E-05
E1
Ku_c73010_143
3A
91
10.89
3.37E-05
E1
Excalibur_c41557_147
3A
89
10.43
4.87E-05
E1
Tdurum_contig4974_355
4B
61
17.10
2.04E-07
E4
6B
24
13.71
3.78E-06
E1
7A
42
18.31
3.75E-08
E4
tplb0027d07_633
7A
60
9.19,8.53
1.31E-04,2.41E-04
E1,E4
黏着性
Kukri_c59535_186
1B
161
13.67
2.41E-05
E3
Kukri_c79633_88
2A
163
14.77,10.14
6.48E-05,5.43E-05
E1,E2
Kukri_c102346_668
2A
48
13.51
2.26E-06
E4
GENE-0592_268
2B
57
12.89
3.28E-04
E3
RAC875_rep_c107702_75
2B
161
10.46
4.06E-04
E2
Kukri_c19434_936
2D
9
13.51
2.26E-06
E4
BS00022276_51
2D
18
10.12
7.80E-05
E3
Kukri_c1526_666
2D
97
14.48
1.38E-04
E2
BS00110564_51
3A
129
10.35
4.01E-04
E2
RFL_Contig5418_347
3B
70
25.14
1.72E-09
E3
3B
70
9.15,8.53
4.51E-04,2.71E-04
E2,E3
RAC875_c58159_989
3B
71
19.77
6.57E-08
E3
Tdurum_contig23273_315
5B
111
12.43,11.32
5.27E-06,3.68E-05
E3,E4
GENE-2794_534
5B
110
11.36
2.98E-05
E3
BS00084907_51
5B
144
10.26
7.00E-05
E3
BS00067911_51
7A
232
11.60
4.19E-05
E4
7B
136
10.51
2.69E-05
E4
BS00023069_51
7B
171
10.42
3.57E-04
E2
咀嚼性
Excalibur_c4948_90
7B
145
14.61
4.12E-05
E2
Tdurum_contig61884_836
7B
148
13.38,10.41
4.35E-05,2.52E-05
E1,E2
IAAV8836
7B
144
13.24
4.75E-05
E2
BS00041585_51
2B
70
9.70
1.03E-05
E1
黏聚性
BS00065168_51
1A
17
10.93
9.99E-04
E2
Kukri_c13329_800
2D
37
13.80,12.75
5.99E-06,5.35E-06
E1,E4
Tdurum_contig5009_349
3A
182
10.36
4.87E-04
E2
RFL_Contig3008_1370
3B
9
10.74
5.68E-04
E3
Tdurum_contig45817_193
3B
106
9.64
9.72E-05
E1
BS00067744_51
5B
101
8.93,7.83
2.37E-05,4.79E-04
E3,E4
RAC875_c27696_718
7A
136
11.85
1.50E-05
E2
Tdurum_contig56175_791
7A
136
9.35
7.07E-05
E2
硬度
BS00041585_51
2B
70
10.51
5.82E-05
E1
IAAV4206
2B
70
10.26
6.28E-05
E1
RAC875_c12766_461
2B
70
10.26
6.28E-05
E1
IAAV2277
2B
70
10.17
6.79E-05
E1
BobWhite_c8436_391
4A
153
8.62,7.49
3.21E-04,6.85E-04
E1,E4
Tdurum_contig61884_836
7B
148
13.49
4.59E-05
E2
Excalibur_c4948_90
7B
145
13.03
1.00E-04
E2
IAAV8836
7B
144
11.97
1.16E-04
E2
BS00066342_51
7B
155
9.43,7.31
7.65E-05,8.64E-04
E2,E3
弹性
1A
升级会员 