利用GBS开展尾细桉杂种生长、材性QTL定位及候选功能基因挖掘

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bigxiong
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生长和材性性状是桉树重要的经济性状,挖掘其数量性状位点(QTL)及候选基因对桉树遗传改良至关重要。本研究以尾叶桉(Eucalyptus urophylla)和细叶桉(E.tereticornis)F1全同胞子代群体为研究对象,对其8年生树高(H)、胸径(D)、木材基本密度(BD)、纤维素含量(CC)、半纤维素含量(HC)、木质素含量(LC)、紫丁香基和愈创木基木质素比(S/G)等性状开展表型遗传分析。利用基因分型测序(GBS)开发SNP标记,并筛选极端表型个体开展关联分析。随后,将GBS-SNP与前期开发的EST-SNP与EST-SSR标记整合开展高密度遗传图谱构建。并利用共和、纪家和岩溪群体的表型数据开展生长、材性的多地点QTL定位。最终,利用关联分析、QTL定位与转录组分析相结合挖掘尾细桉生长、材性的候选功能基因,为后期桉树遗传改良奠定基础。主要研究结果如下:(1)在尾叶桉和细叶桉及其320个杂种子代中开展GBS,开发了15,185个的高质量SNP位点。其中,12856(84.7%)个SNP可以锚定至巨桉11条染色体上,平均每47.65 kb有1个SNP位点。通过注释发现,SNP位点主要分布于基因间区、内含子等区域。随后,针对生长、材性各性状共挑选了24个极端表型个体,并利用GBS-SNP开展关联分析,共获得219个与生长、材性显著关联SNP(P<0.001)。其中,Bonferroni(α=0.05)校正后获得29个极显著关联SNP。(2)分别利用Joinmap v4.1和Lepmap v3.0进行连锁作图,并对作图结果进行综合比较,确定了以Joinmap构建的高密度、高质量遗传图谱用于QTL定位。最终,获得的尾叶桉图谱共保留2,430个标记,总长度为1,193.7 c M,平均图距为0.49 c M;细叶桉图谱共保留1,534个标记,总长度为1,180.7 c M,平均图距为0.77 c M。与巨桉参考基因组比对发现,尾叶桉和细叶桉图谱中分别有2,216个和1,569个标记可比对至参考基因组,其中,418个(18.7%)和269个(20.3%)为非共线性标记,32个(1.4%)和41个(3.1%)非同线性标记,表明遗传图谱的标记顺序与巨桉参考基因组序列有较好的一致性。进一步的QTL定位显示,在3个地点中共检测150个生长、材性相关QTLs。仅4个QTLs可在2个以上环境稳定检测,与CC、LC和S/G相关,表明环境效应和QTL间存在显著的交互效应,大多数QTLs具有环境特异性。定位了28个同时控制2种以上性状的多效性QTLs,其中,包括2个同时控制4种性状的QTL热点。(3)利用关联和连锁分析共同挖掘生长、材性遗传位点,检测到46个关联SNP(P<0.001)位于20个QTL物理区间内,表明基于人工育种群体的极端表型个体筛选相关性状关联位点是一种有效的策略。以关联SNP临近10 kb为区间,共发掘26个生长候选基因和98个材性候选基因。(4)基于前期的转录组分析结果,结合本研究的QTL定位,共定位了280(H)、351(D)、102(BD)、111(CC)、384(HC)、290(LC)、和62(S/G)个目标性状候选基因。各性状候选基因存在大量交集,揭示了在林木生长与木材形成的过程中各性状间具有相关影响、相互协调的作用。此外,37个木材形成关键候选基因在双亲QTL中被识别以及在子代中差异表达,功能注释表明这些候选基因与木质素合成、细胞形态分化、跨膜转运等过程相关,需要在今后重点关注。
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