华山新麦草转录组分析及特异KASP标记开发

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小麦(Triticum aestivum L.,2n=6x=42,AABBDD)是全球种植最广泛的作物之一,更是人类的主要粮食作物。目前,全球的小麦遗传改良均面临着遗传资源丰富度的瓶颈问题。为提高普通小麦的产量、抗性和品质,大量的小麦外源物种被广泛挖掘和利用。华山新麦草(Psathyrostachys huashanica Keng ex Kuo,2n=2x=14,Ns Ns)作为我国特有物种,蕴含抗寒、抗旱、耐瘠薄、早熟,高抗小麦条锈病、全蚀病、白粉病等丰富的优良性状和基因,是小麦遗传改良的重要外源物种。我国小麦专家从上世纪80年代就开始了利用华山新麦草遗传改良普通小麦的工作,并获得了大量小麦-华山新麦草双二倍体、附加系、代换系和易位系材料。因此,准确分析和掌握华山新麦草的遗传信息,是小麦遗传改良的重要实质性工作。本文利用RNA-seq对华山新麦草进行了转录组学分析,结合普通小麦中国春参考基因组、以及一些已知基因组物种,分析获得了部分直系同源基因以及SNP;依据获得的SNP开发获得了系列华山新麦草Ns基因组特异的SNP和KASP标记,为后期进行普通小麦-华山新麦草异染色体系和育种品系的鉴定奠定了坚实的基础。主要研究结果如下:1、利用转录组测序技术对华山新麦草进行测序,过滤后获得178,501,084个高质量数据(clean reads)。通过组装获得456,056个转录本,平均大小为813bp,N50为1325 bp。对转录本进行层次聚类,获得248,835个unigene用于功能注释。其中,159,988(64.29%)个unigene可以比对到至少一个数据库。2、将华山新麦草与小麦族其他基因组的CDS进行比对,共获得16个直系同源基因。利用直系同源基因构建华山新麦草与其他物种的系统发育树,发现华山新麦草与小麦族其他物种之间存在明显分化,表明Ns基因组具有丰富的遗传变异。3、华山新麦草和小麦之间的序列相似性平均值为95.36%,将测序数据映射到小麦参考基因组,共挖掘到717,743个SNP。每个染色体中SNP的数量与染色体长度和基因数量不成比例。B基因组中SNP数量最多(250,438)且密度最大(53.74SNPs/Mb),其次是D基因组(数量和密度分别为237,225与53.56 SNPs/Mb)和A基因组(数量和密度分别为230,080与49.23 SNPs/Mb)。表明华山新麦草Ns基因组与小麦B基因组的相关性最低。674个基因上含有SNP数量超过50个,表现出较高的多样性。4、利用挖掘的SNP开发Ns基因组特异标记,通过KASP(Kompetitive Allele Specific PCR)基因分型技术,在含Ab,Am,S,D,R,H,Eb,Ee,V,P,St基因组的小麦近缘二倍体及含Ns Xm基因组的多倍体物种中进行扩增,开发出43个Ns基因组特异KASP标记。其中24个标记表现为华山新麦草特异,19个标记表现为华山新麦草和新麦草Ns基因组特异。利用43个标记在小麦-华山新麦草衍生系中进行扩增,5个标记在小麦-华山新麦草小片段易位系K13-835中表现为杂合型,4个标记在小麦-华山新麦草附加系18-3-3中表现为杂合型,2个标记在小麦-华山新麦草附加系18-3-6中表现为杂合型。
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