莲高密度遗传连锁图谱的构建及花期QTL定位

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莲是重要的水生观赏植物和经济作物,花期是影响其观赏价值的重要指标。莲存在两大自然生态型,即热带型莲和温带型莲,两者具有明显不同的生长发育习性,尤其是花期差异显著。目前,对于这两种生态型莲花期存在显著差异的分子遗传机制尚不清楚;国际上对莲花期遗传变异规律的研究尚处于探索阶段。本课题在莲已有相关研究的基础上,利用具有较高DNA序列多态性且花期存在显著差异的温带型莲白鸽‘BG’(母本)和热带型莲冬红花‘WR1’(父本)及其杂交所构建好的F2分离群体为研究材料,采用全基因组重测序技术获得了该群体的SNP标记,进行了莲高密度遗传连锁图谱的构建和花期QTL的定位,主要结果如下:  (1)通过对两亲本及F2群体的91个单株进行全基因组重测序,以‘中国古代莲’基因组序列为参考,利用BWA、Samtools、Perl等软件进行了SNP标记的检测。结果,母本白鸽和父本冬红花分别检测到2789566和2592577个SNP位点,其中两亲本间有多态性SNP位点为296706个。F2群体共检测到285895个SNP位点,其中aa×bb类型的标记数为27527,lm×ll类型的标记数为214643,nn×np类型的标记数为23811,hk×hk类型的标记数为19914。  (2)将符合F2群体构建连锁图要求的aa× bb类型标记按物理距离和标识相似度进行bin处理,得到911个bin标记,用于遗传连锁图谱的构建。该图谱有9个遗传连锁群,含862个bin、22728个SNP,全长706.31 cM,相邻bin标记间的平均距离为0.81 cM。各遗传连锁群上平均SNP标记数为2525,其中LG3所含SNP标记最多为9854个;LG9所含标记最少,有304个。各遗传连锁群的长度变化范围较大,其中LG1最长,包含6401个SNP、长度为183.50 cM; LG9最短且SNP数最少,长度为17.44 cM。  (3)结合莲花期表型数据和遗传连锁图谱进行花期QTL定位,共检测到9个花期相关QTLs,分别位于LG1、LG3、LG5、LG8上,其中LG1上QTL最多,有4个QTLs,解释表型变异率为16.32%~23.82%、LOD为2.80~4.13。在LG1上,2014年群体花期与2015年始花期这两个性状的QTL区间重合,QTL区间大小为3.7 cM(99%置信区间)。在LG5上,2014和2015年始花期QTL区间重合,QTL区间大小为3.6 cM(99%置信区间)。这2个重复检测到的QTL是目标QTL位点,将其分别命名为qNnFTlg-1、qNnFTlg-5,平均解释变异率分别为21.00%、12.05%。  (4)结合莲基因组数据库LOTUS-DB,对qNnFTlg-1和qNnFTlg-5对应区间内的序列进行检索,分别得到177个和5个候选基因。通过对基因功能分析,发现有3个基因MFT(NNU_09945)、COL3(NNU_16181)、GA2ox8(NNU_04260),可能是参与莲花期调控的主要候选基因。  本研究利用全基因组重测序技术构建莲的高密度遗传连锁图谱,首次进行莲花期性状的QTL定位研究,并对花期候选基因进行了预测,可为进一步阐明莲花期差异的遗传机制、选育具有较长花期的莲新品种提供研究基础与理论依据。
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