技 术 简 报
第 03 期
国家苹果产业技术体系 2022 年 3 月 12 日
苹果基因定位和功能基因挖掘分析软件包—BSATOS
遗传改良研究室 张新忠 申 飞 吴 贝 吴 婷 张 希
基因定位或数量性状定位（QTL）的方法主要有连锁图谱法（MapQTL）、全基因组关联分析（GWAS）和基于高通量测序的集群分离分析法（BSA-seq）,其中 BSA-seq 更加经济实用。农作物的BSA-seq 研究常使用重组自交系（RIL）或近等基因系（NIL）作为工作群体，参试个体的基因型纯合，变异来源清楚，偶尔也使用 F2 分离群体，其变异来源也清楚。果树作物常采用 F1 分离群体进行 QTL定位，发生分离的变异位点既可能来源于某一个亲本，也可能来源于双亲。因此，用经典的 BSA-seq 分析软件进行果树作物的 QTL 定位，通常只能检测到少数显著的 QTL 位点，后续预测候选基因和功能变异位点还需要补充独立的亲本重测序和 RNA-seq 等试验，而且数据不易整合。
本团队针对上述问题开发出适用于苹果等果树作物 BSA-seq 分析软件包 — BSATOS （ Bulked Segregant Analysis Tools forOutcrossing Species）。BSATOS 使用 BSA-seq、亲本重测序和 RNA-seq原始数据，首先利用双亲重测序数据，参考 GDDH1.3 基因组挖掘双亲之间的变异位点（SNP, InDel 和 SV）。然后根据 BSA-seq 数据测验双亲变异位点在每个极端表型混池中出现的频率。常用的 BSA-seq软件多以ΔSNP index 作为统计指标，我们比较认为采用 G’值作统计指标更适合果树作物。此步骤运行 3 轮，分别使用母本杂合标记（AB×BB）、父本杂合标记（AA×AB）和双亲杂合标记（AB×AB）。此步骤挖掘、检验并以图片和表格两种形式输出 3 套 QTL 位点信息。如图 1，水平直线表示 QTL 显著阈值，曲线表示 QTL 的峰值和显著区
本团队已采用 BSATOS 对 3 套杂交组合的 14 个果实品质性状和
图 1 苹果 3 个杂交组合后代平均单果重性状 QTL 定位及候选基因预测
间。用线条颜色区分遗传变异的来源，红色线条表示母本杂合，蓝色表示父本杂合，黑色表示双亲杂合。再参考 RNA-seq 数据预测并输出候选基因列表，列表中包括（1）QTL 名称、区间、G’值及杂合亲本；（2）候选基因号、基因名称（图 1）、基因表达量及基因注释信息；（3）变异位点的物理位置、在基因中的所属区域（启动子、外显子或内含子）、以及变异位点的意义（移码、终止或非同义突变）。
采用 BSATOS 不仅能检测主效 QTL，还能检测大量的微效 QTL。如果用多个始祖品种（founder cultivar）配置的杂交组合分别进行 BSA-seq 和 BSATOS 分析，基本可以淘尽栽培品种该性状的全部遗传变异位点。采用 BSATOS 不仅能精准定位 QTL，还能比较准确地辅助预测候选基因和功能变异位点。
本团队已采用 BSATOS 对 3 套杂交组合的 14 个果实品质性状和
抗病性进行 QTL 定位和候选基因预测，定位 QTL 位点 478 个，开发
标记 319 个，其中经过试验验证的功能标记 10 个。该软件包已投稿，开放下载使用：https://github.com/maypoleflyn/BSATOS。该软件包的开发和应用将大幅提高苹果基因定位、功能基因及其变异位点挖掘等的工作效率，对促进我国苹果种业振兴有意义。
