华北落叶松高密度遗传连锁图谱构建及重要性状QTL分析

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:yayayda
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华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr)是我国华北地区重要的造林树种,兼具经济和生态价值。华北落叶松的育种目标是培育出生长快、材性好、抗性强的新品种。但由于其生长周期较长、遗传背景复杂、多数经济性状为数量性状,依靠传统育种方法进行新品种选育,通常效率很低。利用DNA分子标记进行遗传连锁图谱构建和QTL定位,并在此基础上开展分子标记辅助选择,可以缩短育种周期,提高育种效率。然而,由于华北落叶松缺乏基因组数据和高质量分子标记,到目前为止,尚未有关于该树种的遗传图谱构建和QTL定位的报道。本研究利用华北落叶松转录组测序数据开发多态性EST-SSR标记,并通过开展群体遗传多样性分析来验证这些标记的实用性;利用部分新开发标记对华北落叶松F1作图群体进行杂种鉴定后,采用SLAF-seq技术进行大规模SNP标记开发并构建首张华北落叶松高密度遗传图谱;利用连续两年的表型测定数据,对8个生长和针叶性状进行QTL分析。以上研究对增加华北落叶松高质量分子标记数量,解析重要数量性状遗传结构,促进分子水平上的遗传改良具有重要的理论和实践意义。主要研究结果如下:(1)基于转录组测序开发了一批落叶松属内通用的多态性EST-SSR标记。利用1300条Unigene序列成功设计SSR引物1065对,从中随机抽取的240对引物经筛选后获得多态性引物52对,再选取扩增最理想的20对多态性引物对66个华北落叶松无性系进行基因分型,共检测到77个等位位点,每个标记位点的等位基因数为2~7。此外,所有的20对引物在落叶松属其他3个物种中均能扩增出清晰而稳定的条带,有效扩增率高达100%。(2)利用新开发的EST-SSR标记分析了华北落叶松种子园66个无性系的遗传多样性。20个位点的平均等位基因数为3.85,平均多态信息含量为0.424,显示了该种子园具有中等水平的遗传多样性。66个无性系之间的遗传距离为0.012~0.585,平均值为0.317,相对较宽的遗传距离变化范围表明了66个无性系具有多样化的遗传背景。聚类分析和主坐标分析可以将66个无性系划分为3个类群,但由于这些无性系的信息资料不完整和记录混乱,无法确定分群结果是否与无性系的地理来源相关。(3)通过华北落叶松2个优良无性系的杂交试验构建了由145个子代单株组成的F1作图群体,杂种真实性鉴定后利用SLAF-seq技术在全基因组范围内大规模挖掘了SNP标记。SLAF-seq共产生1501.22 M双末端reads,大约300.20 Gb的原始数据。序列比对和聚类后,共获得6,323,943个SLAF位点。以每个SLAF位点上拷贝数最高的序列为参考序列进行SNP标记挖掘,在检测到324,352个SNP标记中,有122,785个呈现多态性,多态性比率为37.86%。最终获得6931个在亲本中平均测序深度大于10-fold、在F1群体中完整度高于75%、且符合孟德尔分离比率的有效SNP标记。(4)构建了首张华北落叶松高密度遗传连锁图谱。该图谱上的6099个SNP标记分属于12个连锁群,连锁群数目与落叶松及松科的其他大多数树种的单倍体染色体数目相同。图谱总长度为2415.58 c M,覆盖了华北落叶松基因组总长度的99.6%,标记间平均遗传距离为0.40 c M。最终上图的SNP标记在亲本和子代中的平均测序深度分别为65.84-和17.73-fold,在F1群体中的平均完整度高于99%。(5)根据遗传图谱信息,利用复合区间作图法对连续两年测定的8个生长和针叶性状进行了QTL定位。当LOD阈值为2.5时,共检测到36个QTLs,其中控制针叶面积的QTL有7个,控制苗高、地径和针叶宽的QTL各有5个,控制针叶长和针叶厚的QTL各有4个,控制针叶长宽比和气孔线数的QTL各有3个。这些QTLs分布在除LG7和LG10之外的10个连锁群上,每个QTL可以解释表型变异的4.2%~18.2%。两个测试年份共检测到6个QTL聚集区域,其中位于LG8连锁群上136.365~161.717 c M区域和LG9连锁群上43.453~65.422 c M区域包含较多数目控制不同性状的QTLs,且每个QTL对表型变异的贡献率均较高,将是后续研究重点关注区域。本研究基于转录组测序和SLAF-seq技术,在全基因组水平上大批量开发了高质量SSR和SNP分子标记,构建了华北落叶松第一张高密度遗传连锁图谱,并首次开展了华北落叶松生长和针叶性状的QTL分析,获得了一些控制重要表型性状的QTLs,为加速华北落叶松的遗传改良提供有力的分子工具和信息支持。
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