基于转录组测序的百萨偃麦草EST-SSR标记开发与染色体物理作图

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百萨偃麦草(Thinopyrum bessarabicum Love,2n = 2x = 14,JJ or EbEb)具有耐盐和兼抗多种麦类病害的特点,是小麦改良的重要基因资源。基于第二代测序技术发展起来的转录组测序可以很容易地获得生物特定组织和胁迫条件下的表达基因,为了解基因的表达和调控提供重要信息,并广泛用于开发EST-SSR和其他多种标记。本研究旨在将转录组测序与染色体工程相结合,加快小麦亲缘物种染色体特异标记的开发,利用染色体工程诱致的系列变异体,进行分子标记物理作图和目标基因的精细定位,在创造新种质的基础上发掘重要功能基因。通过RNA-seq,获得了 4 Gb百萨偃麦草转录组序列,通过拼接共获得47908条序列,其Ns0为1334 bp,其中34978(73.0%)条在Nr数据库中具有注释结果;通过MISA分析,从去冗余的44633条序列中鉴定出17436个EST-SSR,分析发现百萨偃麦草的三碱基重复单元最为丰富,其次为四碱基重复单元,其中CCG/CGG和AGGG/CCCT分别是三碱基和四碱基中最丰富的重复基序;基于含有SSR位点的序列共成功设计引物2172对,本文随机合成了 416对,其中402(96.6%)对在百萨偃麦草中成功扩增,183对在百萨匿麦草上具有特异扩增,多态率为45.5%;而837对小麦EST或基因组SSR引物在百萨偃麦草中多态率仅为6.9%,说明利用转录组序列可以更高效地开发百萨偃麦草染色体特异分子标记。利用南京农业大学育成的8个小麦-百萨偃麦草异染色体系,在百萨偃麦草染色体上共定位了157 个标记,包括 1J(22)、2JS-1(13)、2JL(19)、3JS(17)、4JS(15)、4JL(14)、5J(29)、6J(16)和7JS(12),其它38对引物在现有附加系中没有定位信息,可以用于选育其它未涉及到的百萨偃麦草染色体区段;随机选取77个标记在普通小麦、大麦、二倍体长穗偃麦草、十倍体长穗偃麦草、黑麦和簇毛麦等物种中进行可转移性分析,发现在六个物种中的平均可转移率为84.2%,其中在普通小麦中国春中最高(93.5%),在大麦中最低(67.5%),显示了这些引物的应用潜力。从DS5J(5A)花粉辐射后与中国春回交并自交的M3-4代中,选育出5个涉及5J的小片段易位系;从DS5J(5A)与中国春ph1bph1b突变体杂种F2筛选到38个ph1b纯合且含有5J的单株。新筛选出63个5J特异标记,利用5J不同变异体,将72个特异标记(包括前人筛选的31个)定位于8个区段,其中5JS包含2区段,命名为5JS-1~2,5JL包含6区段,命名为5JL-1~6。同源克隆了百萨偃麦草硬度基因ThbPina和ThbPinb,系统聚类分析发现,ThbPina和ThbPinb均与簇毛麦的相似性最高。开发出稳定追踪这些基因的CAPS标记2个;利用涉及5J的变异体,将ThbPina、ThbPinb和其它7个标记定位于区段5JS-1,其中小片段易位系T5JS-2DS.2DL携有百萨偃麦草硬度基因,为研究和利用这些基因提供了便利。从DS6J(6A)×中国春ph1bph1b F3中选育出2个单端体、8个整臂易位和2个小片段易位。通过电离辐射,共诱致获得涉及6J的结构变异体174个,其中小片段易位74个、整臂易位13个、大片段易位41个、中间插入易位8个、端体9个和缺失29个;新筛选出6J特异标记40个,利用11个变异体,将58个特异标记(包括前人筛选的28个)定位于9个区段,其中6JS包含3个区段,命名为6JS-1~3,6JL包含6个区段,命名为6JL-1~6,其中百萨偃麦草丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因ThbStpk定位于区段6JS-2。表型鉴定发现,4个易位系的株高显著低于中国春,其中三个涉及5J的易位系同中国春-百萨偃麦草双二倍体相似,而自发的小片段易位系131zt06(T7DS 7DL-6JS)同时显著低于中国春-百萨偃麦草双二倍体。
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