海带叶片长、宽性状主效QTL基因功能验证及标记辅助选择

QTL of most economic traits of Saccharina japonica can be mapped with the genetic linkage map , and the molecular markers closely associated with the QTL can be used for assisted selection in breeding new variety of S.japonica. In this program, we are proposing to validate the congruency of two major QTL , qL7-24 and qW9-30 for the blade length and width respectively, which was finely mapped in the previous program. Firstly, two different mapping populations will be developed to map these two QTL again to validate their congruency. Secondly, RNAi will be used to knock down the function of candidate genes annotated in the two major QTL to examine the changes of phenotype and the corresponding genes’s expression of the sporophyte produced by the gametophytes injected of double –stranded RNA. Finally, the markers closely associated the two major QTL will be directly tested the utility of assisted selection for the blade length and width of S.japonica in practice. Through this program, one method will be established for S.japonica that allow the analysis of gene function through RNAi-mediated gene knockdown, and the repeatability and reliability of mapped QTL will be assessed, and the closely associated markers with the major QTL will be exploited in the breeding program for S.japonica. Hopefully, the results produced from this proposal will be helpful to the molecular breeding program for S.japonica and the other economic seaweed.

海带的许多重要经济性状是数量性状，进行数量性状的精细QTL定位将为从DNA水平上进行目标性状的基因型选择奠定基础。本研究拟对前期研究获得的2个海带叶片长、宽性状主效QTL，qL7-24和qW9-30，开展以下工作，1、通过构建不同的海带遗传作图群体，在不同的遗传背景下检测已获得的2个主效QTL的位置和效应的可重复性；2、运用RNAi干扰技术，将这2个待测主效QTL内编码基因的反义RNA显微注射进配子体，结合海带配子体的杂交，进行孢子体表型对照分析及基因表达定量分析，鉴定已有主效QTL内候选基因对海带叶片长、宽性状的影响；3、采用2个主效QTL对海带长、宽性状进行初步分子标记辅助选择，对照表型选择，比较分子标记辅助选择的选择效率。通过本研究相关工作，可以对已获得的海带长、宽主效QTL进行深入的解析，建立海带相关的功能基因验证方法体系，为真正实现海带的分子标记辅助选育打下基础。

海带是我国海洋水产行业的一种重要经济海藻，是一种重要的海洋食品，也是褐藻胶产品以及某些海洋药物的重要原料。近年来，海带也日渐成为碳汇渔业以及生物燃料的重要承载物种。海带新品种培育是保持我国海带产业长期健康发展的重要前提和保证。分子标记辅助选育是新兴的分子育种技术之一。在本项目的支持下，通过基因打靶技术，将项目前期获得的海带长、宽性状主效QTL密切相关联的一个候选基因，tic20-14, 转入硅藻三角褐指藻中，研究了其在硅藻细胞中的亚细胞定位，并且观察了转基因硅藻的生长变化，侧面验证了海带tic20-14基因的生物学功能，从而建立了一种通过将一些海带来源的功能基因转入近缘物种单细胞硅藻细胞中进行表达进而验证其生物学功能的方法，在一定程度上，缓解了目前海带中缺乏稳定功能基因验证技术平台的困境。通过对海带小RNA测序，对海带中所含的两类小RNA，miRNAs和LincRNAs，进行了初步分析，在黑暗、白光、蓝光三种条件下，分别获得了31717782，22552669，27078786条小RNA，与已有的海带基因组比对分析，比对率介于69.27% - 72.91%之间。项目组重点对其中一条小RNA序列MiR8181进行了研究，采用基因打靶技术，将编码MiR8181的cDNA序列转入三角褐指藻中，结果导致硅藻细胞增殖减慢，侧面验证了MiR8181小RNA通过调控海带蓝光受体基因aureochrome5的表达影响海带的细胞生长的生物学功能。此外，通过筛选已经获得的批量SSR标记，借助已有的海带遗传作图群体，构建了海带首张全部以SSR标记为骨干标记的海带遗传连锁图谱，通过将SSR标记构建的遗传连锁图谱与已有的海带SNP遗传连锁图谱进行整合，对海带的长、宽性状进行QTL定位分析，发现了一个新的海带长、宽性状密切关联的候选基因，高亲和力的磷酸盐转运蛋白基因，定量PCR分析表明该基因在两个亲本中以及海带生长的不同时期表达量是有差异的。