一种基于动态关联分析挖掘玉米籽粒油脂代谢机制的方法技术

本发明专利技术属于植物分子生物技术和基因工程领域，具体涉及一种基于动态关联分析挖掘玉米籽粒油脂代谢机制的方法，具体如下：收集玉米自交系基因表达量数据；收集与玉米籽粒含油量相关联的基因数据；收集玉米自交系组成的关联群体的籽粒含油量数据；动态关联分析LA模型的建立；全基因组范围内挖掘调控26个含油量关联基因共表达模式动态变化的调控基因及鉴定与26个含油量关联基因共表达模式动态关联的候选基因；对候选基因进行功能注释；检测候选基因是否落在油份性状的QTL区间内；与玉米自交系的油份表型数据进行区段关联分析。本发明专利技术以调控已知的油份关联基因共表达模式动态关联为突破口，可快速有效的鉴定调控籽粒油脂代谢的调控基因。

A method based on dynamic association analysis for seed fat metabolism in Maize

The invention belongs to the field of plant molecular biology and gene engineering, in particular relates to a method of mining corn oil metabolism mechanism based on dynamic association are as follows: the collection of maize inbred lines gene expression data collection; and corn seed oil content related gene data; seed oil content data association group collection of Maize Inbred lines. The dynamic correlation analysis; LA model; dynamic model of association candidate gene gene co expression and identification of control and 26 oil related gene genome-wide mining regulation of 26 oil content related gene co expression pattern dynamic change; functional annotation of candidate genes; detecting whether the candidate genes fall in oil characters in the QTL range; and inbred lines of maize oil phenotypic data were segment correlation analysis. The present invention can identify and control genes regulating oil metabolism of grain rapidly and effectively by controlling the dynamic association of known oil related genes, coexpression patterns and dynamic associations.

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态关联分析挖掘玉米籽粒油脂代谢机制的方法
本专利技术属于植物分子生物技术和基因工程领域，具体涉及一种基于动态关联分析挖掘玉米籽粒油脂代谢机制的方法。
技术介绍
玉米是世界三大主要农作物之一，20世纪90年代以来，世界玉米总产量首次超越水稻和小麦，成为第一位的粮食作物。玉米籽粒中累积了大量的储存物质包括淀粉、油份和蛋白。随着人们生活水平的提高和膳食结构的变化，以及淀粉和油脂加工业的发展，玉米品种由产量型逐渐向质量型转变，玉米品质及其专用性变得越来越重要。玉米油富含维生素E等多种微量元素，不饱和脂肪酸的含量达80%以上。长期食用玉米油可防治夜盲症、干眼病等多种疾病，并可降低人体血液中的胆固醇含量，预防粥样动脉硬化和冠状动脉硬化。因此玉米油享有―健康油的美誉。高油玉米是指籽粒含油量高于6%的玉米。玉米籽粒中85%左右的油份储存在胚中，所以高油玉米往往具有一个较大的胚面，同时高油玉米具有较高的蛋白质、赖氨酸、色氨酸含量。作为饲料，高油玉米可以显著提高牲畜的产肉率。除籽粒品质优良外，高油玉米的秸秆含有较高的粗蛋白、粗脂肪等营养物质，可作青饲或青贮，是草食动物的优良饲料。因此，兼顾产量和抗逆性等重要农艺性状的前提下，提高玉米籽粒含油量成为当代玉米育种的重要方向，研究玉米籽粒中油脂合成和累积的遗传机理和调控机制对于增加玉米产量、提高籽粒品质、培育高油特用型玉米具有重要意义和应用前景。玉米籽粒含油量是复杂的数量性状，受多基因控制，且具有较高的遗传力。连锁分析和关联分析是目前较为常见的用来解析玉米油脂代谢遗传机理的方法，这两种分析方法企在通过建立表型与基因型之间的联系，挖掘控制油份表型性状的遗传位点，而这些遗传位点之间相对独立，它们之间的调控关系、遗传和分子机制未知，并且传统分析方法需要多年多点的表型鉴定，费时费力。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于动态关联分析挖掘玉米籽粒油脂代谢机制的方法，该方法通过动态关联分析，以已知的玉米籽粒油份关联基因为目标基因，鉴定调控该基因对共表达模式动态关联的调控基因，从而解析玉米籽粒油脂代谢的调控机制以及遗传和分子机制，对高油玉米的遗传改良提供新的基因资源，以及为玉米其它农艺性状的调控机制研究提供思路和方法。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供了一种基于动态关联分析挖掘玉米籽粒油脂代谢机制的方法，所述机制包括调控机制及遗传和分子机制，均包括以下步骤：（1）收集玉米自交系授粉后15天的籽粒转录本测序获得基因表达量数据；（2）收集26个与玉米籽粒含油量相关联的基因数据；（3）收集玉米自交系组成的关联群体的籽粒含油量数据；（4）动态关联分析LA模型的建立；（5）全基因组范围内挖掘调控26个含油量关联基因共表达模式动态变化的的调控基因及全基因范围内鉴定与26个含油量关联基因共表达模式动态关联的候选基因；（6）对候选基因进行功能注释；（7）检测候选基因是否落在油份性状的QTL区间内；（8）提取候选基因上下游100kb范围内的所有SNP标记，与玉米自交系的油份表型数据进行区段关联分析。进一步的，所述玉米自交系根据系谱信息分成了2组：热带和亚热带、温带，小组内采用完全随机区组法，设2个重复，每个自交系每个重复播种1行，所有材料均进行自交，收获未成熟的授粉后15天的籽粒，每个自交系的两个重复各取3-4穗，每穗取1-2粒籽粒，混合提取籽粒总RNA，随机选择玉米自交系数量个样品用于RNA-seq。上述RNA-seq具体通过以下步骤：首先，用Ploy（T）寡聚核苷酸从总RNA中抽取全部带Ploy（A）尾的RNA，主要为mRNA，然后将截获的mRNA随机打断成片段，用六碱基随机引物合成cDNA第一链，并加入逆转录酶合成cDNA第二链，经过试剂盒纯化并对cDNA片段进行末端修饰，连接测序接头，再经琼脂糖凝胶电泳回收目的大小片段，进行PCR扩增，用IlluminaGAⅡ基因分析系统进行序列测定及分析，获得基因的表达量数据。进一步的，所述基因的表达量数据，对其进行的缺失值预处理如下：对于数据集中的每个基因，如果其表达值在高于30%的样本中缺失，则在后续的分析中舍弃该基因。进一步的，所述调控机制的动态关联分析LA模型具体采用以下方法建立：LA的数学定义如下：LA(X,Y|Z)=Eg'(z)公式1其中，所述X为26个含油量关联基因的表达量，Y为26个含油量关联基因的表达量，Z为全基因组基因表达量；假设X，Y，Z是均值为0，方差为1的连续随机变量，则X，Y的相关性表示为E(XY)；当Z=z时，g(z)=E(XY|Z=z)，g(z)检测的是当Z=z时，XY基因对的共表达模式。g(z)的导数表示为g'(z)，该值可用于共表达模式变化的期望测定，当Z符合标准正态分布时，LA值可简单的表示为LA(X,Y|Z)=E(XYZ)。X，Y，Z代表具有正态分布表达谱的三个基因，则LA(X,Y|Z)表示为：E(XYZ)=(x1y1z1+x2y2z2+...+xmymzm)/m公式2LA用来反应基因对共表达模式的动态变化，即当Z基因表达量较高时，XY基因对的表达量呈正相关（co-regulated），E(XY|Z=1)为正数；当Z基因表达量较低时，XY基因对的表达量呈负相关（contra-regulated，），E(XY|Z=0)为负数，因此基因对的表达调控模式由正相关（co-regulated）转变为负相关（contra-regulated），LA值记为正；相反，基因对的表达调控模式由负相关（contra-regulated）转变为正相关（co-regulated），LA值记为负。进一步的，所述遗传和分子机制的动态关联分析LA模型具体采用以下方法建立：LA的数学定义如下：LA(X,Y|Z)=Eg'(z)公式1其中，所述X为26个含油量关联基因的表达量，Y为全基因组基因表达量，Z为全基因组基因表达量；假设X，Y，Z是均值为0，方差为1的连续随机变量，则X，Y的相关性表示为E(XY)；当Z=z时，g(z)=E(XY|Z=z)，g(z)检测的是当Z=z时，XY基因对的共表达模式。g(z)的导数表示为g'(z)，该值可用于共表达模式变化的期望测定，当Z符合标准正态分布时，LA值可简单的表示为LA(X,Y|Z)=E(XYZ)。X，Y，Z代表具有正态分布表达谱的三个基因，则LA(X,Y|Z)表示为：E(XYZ)=(x1y1z1+x2y2z2+...+xmymzm)/m公式2LA用来反应基因对共表达模式的动态变化，即当Z基因表达量较高时，XY基因对的表达量呈正相关（co-regulated），E(XY|Z=1)为正数；当Z基因表达量较低时，XY基因对的表达量呈负相关（contra-regulated，），E(XY|Z=0)为负数，因此基因对的表达调控模式由正相关（co-regulated）转变为负相关（contra-regulated），LA值记为正；相反，基因对的表达调控模式由负相关（contra-regulated）转变为正相关（co-regulated），LA值记为负。上述动态关联分析模型中的显著性水平评估步骤如下：混合所有基因的表达量值；在每次模拟中，用放回随机抽样法随机抽取一对基因（X，Y）的表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态关联分析挖掘玉米籽粒油脂代谢机制的方法，其特征在于，所述机制包括调控机制及遗传和分子机制，均包括以下步骤：（1）收集玉米自交系授粉后15天的籽粒转录本测序获得基因表达量数据；（2）收集26个与玉米籽粒含油量相关联的基因数据；（3）收集玉米自交系组成的关联群体的籽粒含油量数据；（4）动态关联分析LA模型的建立；（5）全基因组范围内挖掘调控26个含油量关联基因共表达模式动态变化的的调控基因及全基因范围内鉴定与26个含油量关联基因共表达模式动态关联的候选基因；（6）对候选基因进行功能注释；（7）检测候选基因是否落在油份性状的QTL区间内；（8）提取候选基因上下游100kb范围内的所有SNP标记，与玉米自交系的油份表型数据进行区段关联分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态关联分析挖掘玉米籽粒油脂代谢机制的方法，其特征在于，所述机制包括调控机制及遗传和分子机制，均包括以下步骤：（1）收集玉米自交系授粉后15天的籽粒转录本测序获得基因表达量数据；（2）收集26个与玉米籽粒含油量相关联的基因数据；（3）收集玉米自交系组成的关联群体的籽粒含油量数据；（4）动态关联分析LA模型的建立；（5）全基因组范围内挖掘调控26个含油量关联基因共表达模式动态变化的的调控基因及全基因范围内鉴定与26个含油量关联基因共表达模式动态关联的候选基因；（6）对候选基因进行功能注释；（7）检测候选基因是否落在油份性状的QTL区间内；（8）提取候选基因上下游100kb范围内的所有SNP标记，与玉米自交系的油份表型数据进行区段关联分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玉米自交系根据系谱信息分成了2组：热带和亚热带、温带，小组内采用完全随机区组法，设2个重复，每个自交系每个重复播种1行，所有材料均进行自交，收获未成熟的授粉后15天的籽粒，每个自交系的两个重复各取3-4穗，每穗取1-2粒籽粒，混合提取籽粒总RNA，随机选择玉米自交系数量个样品用于RNA-seq。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述RNA-seq具体通过以下步骤：首先，用Ploy（T）寡聚核苷酸从总RNA中抽取全部带Ploy（A）尾的RNA，主要为mRNA，然后将截获的mRNA随机打断成片段，用六碱基随机引物合成cDNA第一链，并加入逆转录酶合成cDNA第二链，经过试剂盒纯化并对cDNA片段进行末端修饰，连接测序接头，再经琼脂糖凝胶电泳回收目的大小片段，进行PCR扩增，用IlluminaGAⅡ基因分析系统进行序列测定及分析，获得基因的表达量数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基因的表达量数据，对其进行的缺失值预处理如下：对于数据集中的每个基因，如果其表达值在高于30%的样本中缺失，则在后续的分析中舍弃该基因。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调控机制的动态关联分析LA模型具体采用以下方法建立：LA的数学定义如下：LA(X,Y|Z)=Eg'(z)公式1其中，所述X为26个含油量关联基因的表达量，Y为26个含油量关联基因的表达量，Z为全基因组基因表达量；假设X，Y，Z是均值为0，方差为1的连续随机变量，则X，Y的相关性表示为E(XY)；当Z=z时，g(z)=E(XY|Z=z)，g(z)检测的是当Z=z时，XY基因对的共表达模式；g(z)的导数表示为g'(z)，该值可用于共表达模式变化的期望测定，当Z符合标准正态分布时，LA值可简单的表示为LA(X,Y|Z)=E(XYZ)；X，Y，Z代表具有正态分布表达谱的三个基因，则LA(X,Y|Z)表示为：E(XYZ)=(x1y1z1+x2y2z2+...+xmymzm)/m公式2LA用来反应基因对共表达模式的动态变化，即当Z基因表达量较高时，XY基因对的表达量呈正相关（co-regulated），E(XY|Z=1)为正数；当Z基因表达量较低时，XY基因对的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，许秀勤，车荣会，裴腊明，李鹏，何琳琳，高幸幸，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37