布隆迪普通豆类种子铁和锌含量遗传基础与标记 - 性状关联分析研究

《BMC Genomics》：Genetic architecture of iron and zinc concentration and identification of candidate markers for biofortification in common bean (Phaseolus vulgaris L.) populations

　　

摘要

背景

铁（Fe）和锌（Zn）的缺乏仍然是重要的营养挑战，尤其是在普通豆类（Phaseolus vulgaris L.）作为主要食物来源的情况下。了解种子中微量营养素积累的遗传基础有助于培育出营养价值更高的品种。本研究旨在利用全基因组关联分析，识别与布隆迪普通豆类种质资源中种子铁和锌含量相关的基因组区域及标记-性状关联。

结果

观察到这两种微量营养素存在显著的表型变异，其中铁的变异程度大于锌。广义遗传力分别为铁0.73至0.81，锌0.70至0.81；基因型效应分别解释了总变异的85.24%和84.61%。铁和锌表现出中等的正表型相关系数（rp = 0.58）和遗传相关系数（rg = 0.55），表明它们具有同时改良的潜力。主成分分析显示安第斯（n = 62）和中美洲（n = 101）基因库之间存在明显差异，PC1解释了44.12%的分子变异。连锁不平衡现象普遍存在，在250 kb处预测的r2值为0.2717。全基因组关联分析未发现达到Bonferroni阈值的SNP。对于铁，有20个SNP在Benjamini–Hochberg假发现率下具有显著性，其中16个与铁相关的SNP被保留下来进行进一步分析和候选基因鉴定。这些位点分布于Pv01、Pv04、Pv06和Pv07染色体上，各自解释了12.61%至16.28%的表型变异。相比之下，未检测到锌的显著或潜在的标记-性状关联。基于连锁不平衡的候选基因分析在16个铁相关SNP周围±100 kb的区域内鉴定出145个独特的候选基因，这些基因涉及多种功能类别，包括金属/矿物质稳态、信号传导、转录调控、氧化还原过程、蛋白质加工、RNA相关过程以及光合作用/叶绿体功能。

结论

研究结果表明，布隆迪普通豆类种质资源中铁和锌积累存在显著的遗传变异和复杂的遗传控制机制。鉴定出的与铁相关的SNP及候选基因为铁的生物强化提供了有用的基因组资源；而未检测到锌相关关联的事实突显了基因组选择和多基因位点方法在锌改良方面的潜在价值。需要通过独立验证和功能表征来确认这些铁相关区域的稳定性和生物学意义。