全基因组关联分析馒头比容与质构SNP标记.docx

1、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24 355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

2、联位点，其中8个极显着关联位点（P10%），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：AGenome-Wide Association Analysis between SNP Markers

3、and Specific volume and Texture Related Traits of Steamed BreadLIU Juan1, CHEN Guangfeng2, TIAN Jichun3, WU Peng1*, ZHAO Zitong1, YANG Yi1, LI Xiangyang1, TANG Xiaozhen1(Key Laboratory of Food Processing Technology and Quality Control in Shandong Province；College of Food Science and Engineering, Sha

4、ndong Agricultural University1, Taian 271018) (College of Ecology and Landscape Architecture, Dezhou University2, Dezhou 253023) (State Key Laboratory of Crop Biology；Group of Quality Wheat Breading, Shandong Agricultural University3, Taian 271018)Abstract In order to study the gene loci that contro

5、l specific volume and texture of steamed bread, 205 diverse wheat varieties were used to conduct trait-markers association using 24 355 single nucleotide polymorphism (SNP) markers covered the whole genome of wheat. In the results, 42 significant markers were detected for specific volume of steamed

6、bread distributed across 7 chromosomes of wheat, including 8 highly significant markers (P10%), 2 markers detected in two or more environment. 313 significant markers were detected for texture traits of steamed bread mapped onto 15 chromosomes of wheat, including 31 highly associated markers(P0.000

7、1), 46 high genetic contribution markers and 11 stable markers. 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 properties in steamed bread.Key words bread specific volum

8、e, bread texture, single nucleotide polymorphism markers, genome-wide association analysis, significant markers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、

9、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

10、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2 m，行间距0.25 m，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

11、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3.00 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测试后速率1.0 mm/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。1.2 DNA提取和90K SNP 芯片分型根据稍作改动的Tr

12、iticarte ()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81 587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PLINK v1.0724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24 355个SNP用于馒头比容和质构关联分析。在参照Wang25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1 SNP复合遗传图谱信息

13、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/cM1A1506161.351B2390174.11D629196.972A1462185.462B1977180.332D769151.923A1154184.563B1628150.973D331156.064A1145164.124B882118.914D78161.15A1243144.155B2187219.775D240207.326A1463180.746B1786127.546D234156.537A1550232.137B1471178.857D230241.28总计243553674.16

14、1.3 性状与标记间的关联分析运用TASSEL 3.0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P0.001时，认为该标记与目标性状存在显着关联；P0.000 1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

15、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E11.552.911.362.400.208.45-0.1791.017E21.823.381.562.760.2810.22-0.7270.553E31.332.661.341.950.2814.460.033-0.501E41.023.192.171.960.3819.540.096-0.259硬度E11989.6811733.989744.315551.3420

16、19.1836.550.760.355E21989.6810334.018344.334971.161627.6032.740.40.109E3718.0811693.8810975.84932.762017.1340.890.4030.706E4213.699031.898818.24055.871860.5945.870.232-0.377黏着性E10.0734.6734.65.873.4458.501.1521.136E20.0134.6734.676.063.0450.041.2410.701E30.0247.8947.875.394.3641.880.9361.139E40.0948

17、.8948.85.125.0838.050.8140.95弹性E10.750.970.220.920.033.21-1.3481.377E20.670.970.30.920.055.92-1.5611.896E30.192.372.180.880.2831.341.9831.109E40.111.871.760.820.2226.69-1.2430.973黏聚性E10.610.820.220.740.057.11-0.608-0.658E20.540.830.290.750.045.69-1.5794.803E30.580.940.360.7470.079.311.0351.144E40.14

18、0.980.840.760.0810.40-1.9461.302胶着性E11604.287946.136341.854044.451231.7230.450.5350.377E21604.287097.25492.933721.191073.5128.850.144-0.378E3548.928102.417553.493574.791312.6036.720.2930.977E4191.816326.796134.983043.641267.8741.660.161-0.278咀嚼性E11543.197340.965797.783752.171147.5830.580.5690.291E21

19、543.196486.1949433432.671000.2729.140.187-0.431E3129.837173.337043.513189.951297.8240.68-0.150.549E420.728515.798495.082678.411325.7849.500.330.312回复性E10.260.460.210.360.0615.02-0.243-0.763E20.230.460.240.380.0411.58-0.6530.745E30.260.630.360.380.0821.651.31.22E40.10.670.570.400.0921.881.0211.912注：E

20、1：2014年泰安点；E2：2014年德州点；E3：2015年泰安点；E4：2015年德州点，余同。2.2 SNP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（P0.001），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6.5718.31%。其中8个极显着关联位点（P10%），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

21、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5.4925.14%。其中31个极显着（P0.000 1）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

22、中与馒头比容、质构性状相关的极显着 (P0.000 1)、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_6942A14312.772.78E-05E1Kukri_c58096_4802B1349.51,8.713.46E-04,2.66E-04E1,E4Kukri_c13329_8002D3711.971.16E-05E4GENE-1820_6613A9110.893.37E-05E1Ku_c73010_1433A9110.893.37E-05E1Excalibur_c41557_1473A8910.434.87E-05E1Tdurum_contig

23、4974_3554B6117.102.04E-07E46B2413.713.78E-06E17A4218.313.75E-08E4tplb0027d 07_6337A609.19,8.531.31E-04,2.41E-04E1,E4黏着性Kukri_c59535_1861B16113.672.41E-05E3Kukri_c79633_882A16314.77,10.146.48E-05,5.43E-05E1,E2Kukri_c102346_6682A4813.512.26E-06E4GENE-0592_2682B5712.893.28E-04E3RAC875_rep_c107702_752B1

24、6110.464.06E-04E2Kukri_c19434_9362D913.512.26E-06E4BS00022276_512D1810.127.80E-05E3Kukri_c1526_6662D9714.481.38E-04E2BS00110564_513A12910.354.01E-04E2RFL_Contig5418_3473B7025.141.72E-09E33B709.15,8.534.51E-04,2.71E-04E2,E3RAC875_c58159_9893B7119.776.57E-08E3Tdurum_contig23273_3155B11112.43,11.325.27

25、E-06,3.68E-05E3,E4GENE-2794_5345B11011.362.98E-05E3BS00084907_515B14410.267.00E-05E3BS00067911_517A23211.604.19E-05E47B13610.512.69E-05E4BS00023069_517B17110.423.57E-04E2咀嚼性Excalibur_c4948_907B14514.614.12E-05E2Tdurum_contig61884_8367B14813.38,10.414.35E-05,2.52E-05E1,E2IAAV88367B14413.244.75E-05E2B

26、S00041585_512B709.701.03E-05E1黏聚性BS00065168_511A1710.939.99E-04E2Kukri_c13329_8002D3713.80,12.755.99E-06,5.35E-06E1,E4Tdurum_contig5009_3493A18210.364.87E-04E2RFL_Contig3008_13703B910.745.68E-04E3Tdurum_contig45817_1933B1069.649.72E-05E1BS00067744_515B1018.93,7.832.37E-05,4.79E-04E3,E4RAC875_c27696_

27、7187A13611.851.50E-05E2Tdurum_contig56175_7917A1369.357.07E-05E2硬度BS00041585_512B7010.515.82E-05E1IAAV42062B7010.266.28E-05E1RAC875_c12766_4612B7010.266.28E-05E1IAAV22772B7010.176.79E-05E1BobWhite_c8436_3914A1538.62,7.493.21E-04,6.85E-04E1,E4Tdurum_contig61884_8367B14813.494.59E-05E2Excalibur_c4948_907B14513.031.00E-04E2IAAV88367B14411.971.16E-04E2BS00066342_517B1559.43,7.317.65E-05,8.64E-04E2,E3弹性1A