黄花蒿中青蒿素含量的QTLs鉴定以及功能验证

Artemisia annua is the main source of artemisinin and its derivatives which is the main component for the treatment of malaria by artemisinin-based combination therapies (ACTs). Howere, the artemisinin content of current cultivated Artemisia annua is relatively low because them have not been cultured or simply bred. Study on the genetic basis of the difference in artemisinin content of Artemisia annua germplasm resources by genetics and molecular biology is an effective way to develop and utilize the resources of Artemisia annua. In this study, Guihao 1 with high artemisinin content and LuLQ9 with low artemisinin content will be used as parents to construct isolation populations. The genetic loci related to artemisinin content will obtained by QTL analysis, and then candidate gene will be obtained by fine mapping and gene expression analysis. Candidate gene verification and gene functional analysis will demonstrate by genetic transformation. Finally, the sequence of the target gene in the natural population of Artemisia annua will obtained. The germplasm resources of Artemisia annua will clustered and molecular markers will be developed for resource identification and molecular marker-assisted breeding. The aim of this study is to identify the genes related to artemisinin content in Artemisia annua by genetic methods, and further analyze the path way of artemisinin synthesis and regulation. It will provide a theoretical basis for molecular breeding of Artemisia annua.

青蒿素是ACTs联合疗法治疗疟疾的主要药物，黄花蒿是抗疟药物青蒿素及其衍生物的最主要来源，然而目前的黄花蒿没有经过育种或简单育种，其青蒿素含量仍然较低。通过遗传学和分子生物学的方法，研究黄花蒿资源青蒿素含量差异的遗传基础，是开发利用黄花蒿资源的有效途径。本研究以青蒿素含量高的桂蒿1号和青蒿素含量低的鲁LQ9为亲本，构建分离群体，通过QTL分析获得与青蒿素含量相关的遗传位点，再通过精细定位和基因表达分析获得候选基因。然后通过遗传转化的方法，验证候选基因以及功能分析。最后在获取黄花蒿自然群体中目标基因的序列，将黄花蒿种质资源进行聚类分析并开发分子标记用于资源鉴定和分子标记辅助育种。本研究旨在通过遗传学的方法，鉴定出黄花蒿中与青蒿素含量相关的基因，进一步解析青蒿素合成调控，为黄花蒿分子育种提供理论基础。

青蒿素是ACTs联合疗法治疗疟疾的主要药物，黄花蒿是抗疟药物青蒿素及其衍生物的最主要来源，然而目前的黄花蒿没有经过育种或简单育种，其青蒿素含量仍然较低。本研究利用HAN和LQ-9构建的分离群体，通过QTL分析，候选了一个与青蒿素含量相关的基因AaAC。AaAC在黄花蒿的幼苗，叶片，茎，和花中都有表达，在根中几乎没有表达。AaAC是一个转录因子，被亚细胞定位到细胞核，与预测功能一致。AaAC对腺毛的密度没有影响，可能是通过影响组织内青蒿素的浓度实现对整体含量的调控的。对LQ-9和HAN1株系的根、茎、叶及花组织进行转录组测序，系统地比较株系间不同组织基因表达谱，鉴定了ABP基因不同拷贝的表达模式。其中串联重复引起了ADS基因在两个株系间的拷贝数差异，但所有拷贝均有相近的表达水平。高含量株系拥有更多的ADS拷贝及更高的总ADS表达水平，推测ADS基因拷贝数与青蒿素含量呈正相关关系，该推测在重测序个体中得到验证。ADS基因拷贝数可作为青蒿素高含量优良品系筛选的稳定分子标记。蒿属的rDNA结构与其他菊科植物不同，有很大一部分的45S与5S是连接在一起的，其他菊科植物没有发现连接的结构。ITS2片段存在多种单倍型序列，每个品系的ITS2单倍型组成差异明显，根据ITS2单倍型组成可以很好的区分不同品系，是分子育种的理想标记之一。本项目鉴定的青蒿素合成调控候选基因以及分子标记为黄花蒿分子育种的提供了良好的理论基础。