利用关联分析方法挖掘香菇重要性状相关标记及基因

Association analysis on the basis of linkage disquilibrium has become a research focus in crop genetics and genomics. 100 wild strains and 80 cultivated strains of Lentinula edodes that possess abundant genetic diversity are employed as research population in this project. Based on the results of genome sequencing and linkage analysis in L. edodes, SSR, InDel, SNP and candidate-gene specific markers at the whole-genome level are developed, screened and used to analyze genotypes of all the tested strains. Moreover, phenotypes of important agronomic traits in L. edodes are determined by cultivation experiment of the tested strains. Then, combined genotype and phenotype data, association analysis both at whole-genome and candidate-gene levels are carried out, which can look for excellent allelic variation at targeted-trait-association loci and their carrier strains. Finally, traits-related markers are developed and used in molecular marker-assisted breeding of L. edodes. In this project, it is the first time to utilized association analysis in the research fields of shiitake quantitative inheritance, which would lay the important foundation for fully exploiting excellent alleles underlying rich shiitake germplasm resource in China, and for promoting molecular assisted breeding in this mushroom. This project also has important reference value to other macro-fungi when using association analysis.

基于连锁不平衡的关联分析已成为作物遗传学与基因组学的研究热点。本课题以具有丰富遗传多样性的100个香菇野生菌株和80个栽培菌株为研究群体，基于基因组测序和连锁分析的结果，开发、筛选全基因组范围内的SSR、InDel、SNP标记及候选基因特异性的标记，分析群体内各菌株的分子标记基因型，继而通过香菇群体的栽培试验，测定其重要农艺性状的表型数据，再结合表型与基因型数据，开展基于全基因组和候选基因的关联分析，寻找与目标性状关联标记位点的优异等位变异及其载体菌株材料，开发性状相关标记用于分子标记辅助育种。本项目首次将关联分析引入到香菇数量遗传研究领域，将为充分挖掘我国丰富香菇种质资源中蕴含的优异等位基因，促进我国香菇分子标记辅助育种研究奠定重要基础，对在其它大型真菌中开展类似研究亦具有重要的借鉴意义。

本项目在中国香菇群体中开展了标记-性状的关联分析，主要研究结果如下：1）利用97个InDel和SSR标记，在96个香菇野生菌株中开展关联分析，检测出20个位点与10个农艺性状显著关联，涉及42个优异等位变异及27个载体菌株。检测到的性状相关候选基因包括漆酶、异戊醇氧化酶、聚半乳糖醛酸酶等编码基因。使用300个InDel和SSR标记对89个香菇栽培菌株进行了关联分析，共检测到77个标记位点与13农艺性状显著相关，进一步挖掘出多个关联标记位点附近的候选基因。鉴定出161个优异等位变异及其对应的载体菌株。2）对中国香菇核心种质进行了比较基因组学研究。结果表明，中国香菇群体具有较高水平的遗传分化，栽培菌株和多数野生菌株具有不同的遗传背景。挖掘出84个群体分化相关基因，其中18个与逆境反应相关。逆境反应相关基因在栽培菌株的驯化过程中发挥了重要作用，环境因子通过自然和人工选择作用驱动中国香菇群体的分化。11个性状表型值在野生/栽培群体间存在显著差异。3）基于全基因组重测序开发的高密度SNP标记，对59个野生菌株进行了全基因组关联分析，共发掘到与4个农艺性状相关的SNP标记904个。在126个香菇菌株菌丝体抗逆性状全基因组关联分析中，检测到206个SNP位点与重金属镉抗性显著相关,检测到1个SNP位点与重金属砷抗性显著相关。与农艺性状显著相关的位点共涉及到候选基因291个，菌丝体镉抗逆性状相关位点共涉及候选基因39个。这些基因主要参与代谢调节，逆境响应、外界刺激应答，细胞组分合成等生物学过程。4）对50个香菇菌株子实体多糖含量进行统计分析，各菌株之间多糖含量有显著性差异。通过灰色关联度分析方法对11个农艺性状和香菇多糖含量进行综合性评价，筛选出几个综合性状较优的菌株。本项目为香菇遗传研究提供了丰富的分子标记、群体基因组和表型数据等基础性平台，与性状关联的基因标记和及优异等位变异的载体菌株将为香菇分子标记辅助育种研究奠定重要基础。