木薯SNP遗传图谱构建与抗寒性QTL精细定位

木薯（Manihot esculenta Crantz）是全球重要的粮食与工业原料作物，低温冷害是我国木薯主产区主要的生产问题之一。本研究利用创建的实验群体III（SC24×KU50）、群体I（SC6×面包木薯）和基因组测序基础上获得的SNP标记，通过高通量GoldenGate SNP分析平台，一次性获得455个株系样品1536个SNP标记的多态性数据，构建高密度SNP遗传图谱；并借助SSR锚定引物整合已有3个遗传图谱，创建超过1500个标记的木薯整合遗传图谱。对群体III的245个株系分别在低温生长箱和高纬度试验点进行抗寒性田间鉴定，获取抗寒指数数据，通过QTL软件分析，精细定位抗寒性QTL。结合已有关于淀粉率（SC）、块根产量（FRY）、干物质率（DW）、收获指数（HI）的主效QTL，验证分子标记辅助选择育种程序，为木薯品种改良提供理论依据和技术工具。

本项目创建了木薯耐寒实验群体III（KU50*SC124）获得186个F1代株系群体，旨在对木薯耐寒性及其主要农艺性状进行QTL标记。项目执行4年，先后将群体种植在广西贺州和海南文昌2个地点，在2011-2013年田间或者温室条件下系统鉴定了群体对低温胁迫的耐受性反应，采用叶片脱落指数、耐寒性指数、恢复指数和相对产量4个耐寒性指数，获得群体变异表型数据；与此同时获取了群体及亲本的块根鲜薯产量、块根条数、块根干物质率和块根淀粉率等4个主要经济农艺性状数据。采用研发的简化重测序基因型分析技术，对群体进行了基因型分析，获取总计57.35万个SNV标记，10.36万个甲基化标记，构建了一个较为完整的遗传图谱，包含4648个多态性标记，覆盖18个连锁群。对其中甲基化位点，首次区分了全甲基化和半甲基化位点，并发现其所涉及的基因及其代谢途径有明显差异，全甲基化基因功能富集于细胞与细胞内组分、细胞生物学过程和代谢过程及催化活性等分子生物学功能。.通过对群体III抗寒性、农艺性状表型数据与AFSM多态性基因型数据的比较分析，结果获得1199个可重复耐寒性QTLs，获得1440个可重复高产与农艺性状关联QTLs。进一步对其代谢通路进行解析，在耐寒代谢通路中发现有260个耐寒相关基因，其中转录因子类22个，其中有激素合成代谢途径相关基因，如发现了1个ABA生物合成相关的重复性耐寒QTL基因NCED3（重复次数=3），1个茉莉酸生物合成相关的重复性耐寒QTL基因OPR3（重复次数=2）。在淀粉代谢通路中发现301个产量相关基因，构建了这些基因所在代谢途径分布图。.本研究采用改进的基因型分析方法，一次性在木薯中获得耐寒性及重要经济性状关联QTL大量信息，为木薯基因组选择育种提供具有重要价值的标记，并对甲基化和相关代谢途径基因资源进行来挖掘，对于研究其它热带作物具有借鉴价值，取得突出的研究成果。