Integrative omics analysis elucidates the genetic basis underlying seed weight and oil content in soybean

生物 全基因组关联研究 数量性状位点 驯化 候选基因 转录组 遗传关联 表达数量性状基因座 特质 等位基因 遗传学 遗传变异 基因 生物技术 多效性 基因型 基因表达 表型 单核苷酸多态性 计算机科学 程序设计语言
作者
Xiao-Bo Yuan,Xinyu Jiang,Mengzhu Zhang,L. Wang,Jiao Wu,Huatao Chen,Junrong Mao,Wenxue Ye,Qingxin Song
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:36 (6): 2160-2175 被引量:44
标识
DOI:10.1093/plcell/koae062
摘要

Abstract Synergistic optimization of key agronomic traits by traditional breeding has dramatically enhanced crop productivity in the past decades. However, the genetic basis underlying coordinated regulation of yield- and quality-related traits remains poorly understood. Here, we dissected the genetic architectures of seed weight and oil content by combining genome-wide association studies (GWAS) and transcriptome-wide association studies (TWAS) using 421 soybean (Glycine max) accessions. We identified 26 and 33 genetic loci significantly associated with seed weight and oil content by GWAS, respectively, and detected 5,276 expression quantitative trait loci (eQTLs) regulating expression of 3,347 genes based on population transcriptomes. Interestingly, a gene module (IC79), regulated by two eQTL hotspots, exhibited significant correlation with both seed weigh and oil content. Twenty-two candidate causal genes for seed traits were further prioritized by TWAS, including Regulator of Weight and Oil of Seed 1 (GmRWOS1), which encodes a sodium pump protein. GmRWOS1 was verified to pleiotropically regulate seed weight and oil content by gene knockout and overexpression. Notably, allelic variations of GmRWOS1 were strongly selected during domestication of soybean. This study uncovers the genetic basis and network underlying regulation of seed weight and oil content in soybean and provides a valuable resource for improving soybean yield and quality by molecular breeding.
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