茶树SNP高密度遗传连锁图谱构建与数量性状候选基因挖掘

发布时间：2020-04-28 23:08

【摘要】：茶树作为广泛种植的多年生经济作物,其生长周期长和自交不亲和的特点,导致茶树在使用自然选种和杂交育种等传统育种手段选育新品种时,育种效率低,限制了茶树种质资源改良和创新的进程。本研究以开发茶树高通量SNP分子标记为切入点,结合‘龙井43’×‘白毫早’F1群体327个子代株系的基因分型,旨在实现遗传图谱加密,降低图位克隆的难度。通过群体表型观测、QTL作图和基因组比对等手段,挖掘调控目标数量性状的潜在候选基因,为研究分子标记辅助育种技术在快速选育茶树种质资源的应用提供理论依据。本研究主要结果如下:1.利用2b-RAD测序技术,采用标准型接头5’-NNN-3’建立双亲‘龙井43’和‘白毫早’的标准文库,以限制型接头5’-NNA-3’和5’-NNT-3’建立327个子代株系的简化文库。各样本文库经二代测序,共获得871,736,246条高质量reads。通过父母本标准文库高质量reads聚类获得380,936个tags,并从中筛选出46,932个具有多态性的SNP位点。将子代文库与双亲文库进行比对,进一步筛选到在80%以上的子代株系中均存在基因分型的10,816个SNP标记。对筛选到的SNP标记进行χ2检验评估标记的符合孟德尔分离比,共获得4463个符合孟德尔分离比(p≥0.05)的SNP标记用于遗传作图。2.基于新开发的SNP标记,分别成功构建父母本遗传图谱。母本遗传图谱共包含2470个标记分布于15个连锁群上,覆盖1427.70 cM的基因组长度;父本遗传图谱共包含2217个标记分布于15个连锁群上,覆盖1710.63 cM的基因组长度。基于两者的共有标记成功整合了一张具有3800个SNP和417个SSR标记的高密度遗传连锁图谱。该图谱共15个连锁群,覆盖1678.52 cM的基因组长度,标记间距仅为0.40 cM且相邻标记距离(Gap2 cM)的标记达到98.19%。上述结果表明本研究首次采用规模200的群体(327个)进行遗传作图,构建的遗传图谱首次将标记间距缩小至1 cM以下(0.4 cM)。3.为了筛选花青素相关候选基因,本研究首次实现了茶树花青素含量的QTL作图。经表型测定,群体各样品的花青素含量为980.20±24.79 nmol/g,变异系数31.89%。相关性分析显示群体样本花青素含量与芽叶颜色数据呈极显著正相关。基于作图群体花青素含量和芽叶颜色的表型数据,共检测到10个QTLs,LOD阈值为4.55 30.94,解释6.30 40.30%的表型变异。其中9个主效QTLs相互叠加形成3个QTLs簇。4.本研究通过测定作图群体在二年生实生苗、扦插苗和扩繁苗等3个时期与生长势相关的18个参数(树幅、茎长、茎粗、一级分枝、叶重、根重、茎重、地上部重、根冠比、叶N浓度、茎N浓度、根N浓度、叶N含量、茎N含量、根N含量、地上部N含量、总N含量和叶片数),首次检测到与茶树生长势相关的QTLs共计53个。QTLs分布于13个连锁群上,LOD阈值为3.12 6.58,解释4.80 29.10%的表型变异,并在6个连锁群上相互叠加形成8个QTLs簇。5.利用本课题构建的高密度SNP遗传图谱对芽叶颜色、儿茶素组分、咖啡碱、发芽期和炭疽病抗性等数量性状重新进行QTL作图。分别在15个连锁群上检测到目标性状的QTLs共计81个。其中,本研究新发现的QTLs为35个,包含7个稳定的主效QTLs。6.基于遗传图谱上SNP标记的序列,分别有1558个和1209个标记的序列以唯一匹配且无错配的形式(PM_uniq)定位于CSS和CSA参考基因组的Scaffold上,其中超过70%的标记定位于基因间区。结合目标性状QTL区间内标记两侧基因的功能注释,共筛选获得9个分别与茶树花青素、发芽期和生长势相关的候选基因。利用qRT-PCR技术初步验证了候选基因TEA009062.1是影响茶树生长势的重要基因。
【图文】：

序列,标记类型,标签,显性标记

茶树 SNP 高密度遗传连锁群体构建与数量性状候选基因挖掘3.1.2 2b-RAD 标记开发基于 RAD-typing 的分型策略，父母本 2b-RAD 标准文库的高质量序列经聚类locus cluster 和质量过滤 (去除测序错误产生的低覆盖度 locus cluster 和重复序列导致的高覆盖度 locus cluster) 后共获得 380,936 个标签，平均标签数目为 190,468个，这些标签的平均测序深度达到 123x。利用 SOAP 软件，将 327 个 2b-RAD 子代文库的高质量序列比对到父母本的高质量标签上，共获得 23,495,604 个标签，，平均每个子代文库含有 71,852 个标签，每个标签的平均测序深度为 20x。

遗传连锁图谱,遗传连锁图谱,龙井,茶树

31图 3.2 茶树 ‘龙井 43’× ‘白毫早’F1 代群体 SNP 高密度遗传连锁图谱Figure 3.2 the high-density SNP genetic map for F1 population of ‘Longjin 43’× ‘Baihaozao’
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S571.1

【参考文献】