利用关联作图解析紫斑牡丹产量相关性状的等位遗传变异

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myloud911
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牡丹原产于中国,具有药用、观赏和油用价值。紫斑牡丹(Paeonia rockii)是特有的牡丹野生种之一,广泛分布于中国中部的秦岭及周边地区,其栽培种质主要分布在以甘肃省为中心的西北地区。由于紫斑牡丹结实性强、营养价值高等特性,近年来已经发展成为珍贵的新兴木本油料作物,并在我国北方地区得到了广泛的推广栽培。目前,如何有效提高种子产量已经成为紫斑牡丹高效育种的重要方向,然而与其产量相关的基础研究较为匮乏,并且在紫斑牡丹中与产量相关的功能位点也很少被鉴别。因此,本研究在基于下一代转录组测序(Next-Generation Sequencing,NGS)和单分子长读长转录组测序(Single-Molecule Long-Read Sequencing,SMLRS)数据库的转录因子内SSR位点的开发和应用的基础上,为探索24个产量相关的候选数量性状的遗传构架,在420个紫斑牡丹的栽培种质中开展了产量性状相关的关联作图研究,旨在鉴选调控产量性状的重要等位变异位点,为油用牡丹的高产育种提供分子基础。主要研究结果如下:(1)构建了由420个紫斑牡丹单株构成的关联作图群体,并对24个候选的数量性状进行了调查和分析,结果表明,24个性状在不同样本间表型差异均极显著(P<0.01)。通过相关性分析获得显著相关的组合202对,极显著相关组合182对。主成分分析将24个性状划分为能够较好地解释群体数量性状变异的6个主成分。通过系统聚类分析,将参试群体样本划分为8类,24个性状划分为5类,最终确定了影响紫斑牡丹单株产量的4个主要指标、15个次要指标和5个辅助参考指标。(2)首次在紫斑牡丹中基于NGS和SMLRS转录组测序数据进行了EST-SSR(Expressed Sequence Tag-Simple Sequence Repeat)位点的开发和应用研究。基于已有报道筛选了959个和产量相关的候选转录因子,鉴定了166个包含六种核酸重复类型的EST-SSR位点,平均每5.78个Unigenes含有一个SSR位点,最终102(61.45%)对引物对在两个转录组测序(RNA-seq)品种(‘粉面桃腮’,P.rockii‘Fen Mian Tao Sai’和‘京顺粉’,P.rockii‘Jing Shun Fen’)中成功进行扩增,其中来自诸如AP2、BHLH和HSF基因家族的58个引物对(56.86%),在连锁群体杂交亲本(‘红乔’,P.suffruticosa‘Hong Qiao’和‘凤丹白’M24,P.ostii‘Feng Dan Bai’)和8个随机抽选的紫斑牡丹样本中表现出了多态性。58个位点在37个牡丹样本中的PIC值范围为0.32 to 0.91(平均0.70),证明了高水平的多样性。此外,58个位点在芍药属7个野生种中的转移性为89.66%~100%,在62个芍药属样本中揭示的亲缘关系与已知的谱系树相一致。(3)利用本研究新开发的转录因子内58个多态性EST-SSR标记对紫斑牡丹的作图群体进行遗传多样性评价,共确定了483个等位位点(平均等位基因数为8),多态信息含量(PIC)的平均值为0.514,这均表明该群体具有较高水平的遗传多样性。此外,通过STRUCTURE和聚类分析,揭示作图群体的遗传结构均可划分为4个亚群(K=4)。(4)通过连锁不平衡检测发现,58个EST-SSR位点间的连锁不平衡水平较低。利用混合线性模型(Mixture Linear Models,MLM)进行单标记关联分析,共鉴定了208个显著的关联组合,涉及18个数量性状和55个EST-SSR位点,这些位点主要来自AP2、MYB和NAC等基因家族,并且均解释了较小比例的表型变异。其中,鉴定了3个花部数量性状与11个EST-SSRs相关的13个显著关联组合,单标记解释率为4.15%~25.32%(平均10.55%);8个枝叶数量性状与50个EST-SSRs相关的129个显著关联组合,单标记解释率为3.25%~37.45%(平均10.6%);7个果实数量性状与39个EST-SSRs相关的66个显著关联组合,单标记解释率为4.45%~30.52%(平均11.86%)。(5)将关联作图结果在连锁群体中进行验证,发现在两个群体中同时出现的关联组合共计2个,均为与顶小叶长显著关联的组合,且在两个群体内一致效应的组合有2个,P026为正效应和PS17为负效应,并汇总了优势等位位点信息。综上所述,本研究首次基于紫斑牡丹NGS和SMLRS获得的转录组测序数据库,鉴选出和产量相关的转录因子内EST-SSR位点58个,在此基础上利用关联分析方法鉴选出调控紫斑牡丹产量性状的EST-SSR位点208个,这为油用牡丹产量性状的鉴选和遗传改良提供了分子水平的参考。
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