杨梅全基因组测序和雌雄性别控制遗传分析

发布时间：2021-03-11 17:33

  杨梅是我国南方重要的商业化种植的亚热带水果,拥有丰富的杨梅种质资源。由于基因组信息匮乏,杨梅相关分子生物学研究起步较晚,现主要集中在果实品质和雌株栽培品种间遗传多样性研究。栽培杨梅为二倍体(2n=16)雌雄异株植物,有关雄株遗传多样性、雌雄性别分化研究较少。在生产中偶尔出现雌花突变为雄花现象,但是其转变机制还未得到阐述。为此本研究利用Illumina Hiseq 2000和PacBio测序平台对杨梅进行全基因组测序、从前期鸟枪法对全基因组测序序列中开发SSR引物以及利用RAD-seq测序技术构建了杨梅高密度遗传连锁图谱;分析了雌、雄品系群体间的遗传群体结构、利用small RNA测序分析了荸荠雌花、荸荠突变雄花和雌雄同花间差异表达的miRNA。研究结果如下:1)基于杨梅全基因组鸟枪法测序数据,开发了107对新的SSR标记,用于遗传多样性分析、品种鉴定和遗传图谱构建。在测试的45份杨梅品系材料上,共扩增出828个等位基因,平均每个标记有8个等位基因。有效等位基因数(Ne)范围为1.22到10.41,平均为4.08。标记多态性信息含量范围为0.13至0.89,平均为0.63。107对SSR标记在青杨梅和蜡杨梅的扩增率为96.2%和88.8%,在近缘种青杨梅和蜡杨梅通用性较高。共有78个位点在品种'荸荠'或者'东魁'为杂合状态,可选用于构建'荸荠'×'东魁'的遗传连锁图谱。利用邻接法分析了45份杨梅材料的亲缘关系,鉴定优选单株'Y2010-70'和'Y2012-145'为杨梅新品系,以及无性系材料'Y2012-140'审定为新品种'夏至红'。'Y2012-145'的纯合度较高,适于开展全基因组测序。2)以水晶杨梅优系'Y2012-145'为材料对其进行全基因组测序,同时对根、茎、叶、花和果实进行转录组测序。测序结果显示杨梅基因组大小为322.7 Mb,基因组组装得到962 条 scaffold 和 2939 条 contig(2 k),scaffold N50 和 contig N50 长度分别为:635.18 kb和192.56kb,平均GC含量为36.9%,平均覆盖深度达到300X以上。杨梅基因组的重复序列大小为110Mb,占拼接基因组的35.4%,其中转座因子占重复序列的95.6%。杨梅基因组预测有29,414个基因,其中能注释功能的有26,316个,占89.47%。杨梅全基因组共鉴定了13,432个基因家族,其中特有的家族962个。共鉴定出50条MADS-box基因家族,其中14条在花芽中大量表达。3)利用RAD-seq测序原理,通过生物信息学分析,在两个亲本'荸荠'、'东魁'和101个F1代个体中共检测到8461个多态性SNP位点。经过卡方检验后有4441个SNP标记符合孟德尔分离比率(P0.05),利用JoinMap4.1作图软件构建杨梅高密度遗传连锁图谱,包含8条连锁群,总遗传距离为563.01 cM,有1132个SNP和38个SSR标记,标记间平均距离为0.48 cM。4)利用84个SSR标记对来自6个省市的213份杨梅材料(包括99份雄株113份雌株以及1份雌雄同株材料)和3份近缘种进行遗传多样性分析。邻接法(Neighbour-joining)聚类分析结果将杨梅种与3个近缘种区分开,同时将杨梅雄株与雌株分开。STRUCTURE结果分析将213份杨梅材料划分为两个亚群:雄株为主种群(98份)、雌株为主种群(80份)。二次群体结构分析可将雄株为主种群进一步划分为4个群体:混合雄株群、混合性别群、浙江雄株群和东魁品种群。雌株种群可进一步划分为荸荠品种群和粉红品种群两个群体。浙江省杨梅具有广泛的遗传多样性,'荸荠'、'东魁'和'粉红'品种分别被划分到不同的品种群中,我们推断浙江省是杨梅栽培起源中心。雌株群体遗传多样性指标比雄株群体的稍高,但没有显著差异。在95%置信度水平上,发现2个SSR位点ZJU062和ZJU130的Fst值(遗传分化系数)为0.455和0.333,这两个位点导致雌雄性别群体的遗传结构分离,因此推断ZJU062和ZJU130与性别相关。ZJU062和ZJU130分别定为于LG5的scaffold__1004和LG2的scaffold_91上。本研究为杨梅雌雄株遗传多样性研究提供基础同时也为性别控制基因组位置和杨梅育种提供相关参考信息。5)对杨梅品种'荸荠'的雌花、'荸荠'突变的雄花和雌雄同株花序中表达的sRNA进行高通量测序和降解组测序。3个sRNA文库中分别获得测序数量为12104480条,12242575条和11911476条。共鉴定出194条保守的miRNA,隶属于32个miRNA家族,以及预测出 33 条新的 miRNA。5 个保守的 miRNA 家族(miR156、miR157、miR166、miR167 和miR168)在3个花序文库中表达丰度高。共有46个uniquemiRNAs在雌花、雄花和雌雄同株中差异表达。通过降解组共鉴定出65条靶基因,45条靶基因获得GO注释信息,11条靶基因参与7条KEGG代谢通路。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S667.6

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本文编号：1279525