课题基金 / 基金详情

基于bin标记的上位性互作全基因组关联分析方法的研究

批准号:
32100496
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
崔彦茹
依托单位:
学科分类:
群体遗传与数量遗传
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
崔彦茹

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
全基因组关联分析(GWAS)是解码植物基因型-表型关联的常用方法。剖析上位性互作遗传位点,有利于解析植物复杂性状遗传基础,对植物分子育种有指导意义。测序技术快速发展促使海量基因组信息的获得,同时也带来了超高计算量,阻碍了上位性互作GWAS的实施,因此降低标记密度是实现上位性互作GWAS的关键。本研究拟建立基于bin标记的上位性互作GWAS模型(bin-epGWAS)。首先,基于LD原理和方差最小原则创建bin标记分析法,将高密度SNP转化成数目显著降低的bin标记,然后利用bin标记构建可以估计主效应和二维上位性互作效应的bin-epGWAS模型;其次,开发bin-epGWAS R软件包;最后,利用1035份陆地棉材料,剖析棉纤维上位性互作遗传位点,探究棉纤维遗传分子基础。本研究将弥补两步骤上位性互作GWAS方法中遗传信息丢失的不足,为上位性互作GWAS模型的优化改进提供理论和方法参考。
英文摘要
Genome-wide association studies (GWAS) are statistical tools widely used to identify the associations between genotypic variants and phenotypic traits in plants. Detecting the epistasis loci can help us better dissect the genetic architectures of complex traits and thus is very instructive in molecular breeding in plants. A large amount of genomic information is obtained depend on the rapid development of sequencing technology,resulting in the huge computational cost, which is the main difficulty in the implementation of epistatic GWAS. Therefore, the key to achieve epistatic GWAS is to reduce the marker density without compromising the genomic information. In this project, we aim to develop a new bin-based epistatic GWAS model called bin-epGWAS. Firstly, a method named binAnalysis will be developed based on LD (linkage disequilibrium) and the principle of minimum variance to convert the high-dimension SNPs into the low-dimension bins. Then we will use the bins to construct the bin-epGWAS model, which can estimate the additive effects, the dominant effects, and the epistatic interaction effects. Secondly, an R package called bin-epGWAS will be developed. Then the R package will be tested and optimized using a series of simulated data. Finally, a natural cotton population including 1035 varieties will be used for detecting the epistasis interaction loci and exploring the genetic basis. The bin-epGWAS model will be superior to the two-step epistatic GWAS models, which lose some genomic information. This project will provide the theoretical and methodological reference for the optimization and improvement of epistatic GWAS model.
该项目包含全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)和全基因组选择(genomic selection, GS)两部分研究内容,旨在通过基因组学技术推动棉花育种的精准化和高效化。在全基因组关联分析方面,尽管GWAS在植物重要性状的基因挖掘和功能研究中已得到广泛应用,显著提升了育种效率和准确性。然而,目前的研究主要集中于单个遗传位点的基因组挖掘,针对上位性互作位点的研究仍较为有限。为解决这一问题,本项目基于华中农业大学开发的3VmrMLM方法,构建了一套上位性互作遗传位点分析流程,成功在1245份棉花种质资源中挖掘了与棉花纤维品质相关的上位性互作遗传位点,并深入解析了这些位点对棉花纤维品质影响的遗传机制。此外,项目还开发了相应的KASP标记,并在包含238份材料的自然群体中验证了标记的准确性。这一研究成果为棉花育种提供了有效的分子标记和理论依据,为进一步提升棉花纤维品质奠定了重要基础。在全基因组选择方面,GS已成为辅助育种的重要工具,但是在棉花育种中的应用鲜有报道。该项目利用1224份棉花种质资源材料,在预测统计模型、分子标记密度、有效分子标记数目、有效训练群体大小、训练群体和预测群体遗传关系等方面进行了分析。首次明确了在棉花群体中,将目标性状相关的标记加入BLUP模型可以显著提高预测的准确性,这为今后开发棉花芯片育种和设计育种提供了非常有价值的理论支撑。在该项目的资助下,发表学术论文 2 篇,在投学术论文2篇,开发基因挖掘新方法1项,培养硕士研究生 4 名,参加学术会议3次。项目的研究内容还获得了国家科技部重点研发青年科学家项目的资助(子任务4),为后续研究的深入开展提供了重要支持。.综上所述,该项目通过GWAS和GS的结合,不仅拓展了棉花纤维品质相关基因的深度挖掘,还为棉花基因组选择育种提供了理论依据和技术支持,具有重要的科学意义和应用价值。
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