牡丹高密度遗传图谱构建及重要性状QTL定位分析

Tree peony is a well-known horticultural plant in China, has high ornamental value, however few were known about the genetic basis of important trait. The construction of high density genetic map is helpful to QTL mapping, gene cloning, gene structure and function analyses and molecular assisted selection of important trait. This project was firstly to construct high density genetic map in F1 population crossed from 'Fangji' and 'Fengdanbai' using the "pseudo-test cross" strategy based on SSAP technology established in last NSFC project and RAD-Seq technology which could reduce the complexity of the genome study and rapidly identify high density SNPs; Then combined the consecutive three years' observations of phenotypic data, the important QTLs of flowering date, flowering duration, flower diameter and petal count of tree peony is to be mapped based on the consecutive three years' phenotypic variations. This project constructed the genetic map and mapped the major QTL of important trait. It will provide scientific theoretical foundation for genetic study of complicated quantitative traits and molecular marker-assisted selection.

牡丹是中国的传统名花，具有很高的观赏价值，但对其重要性状的遗传基础却知之甚少。遗传连锁图谱构建和重要性状的QTL定位可为相关基因的定位与克隆，基因组结构与功能的研究和分子标记辅助选择等奠定重要基础。本项目拟基于"拟测交作图"策略，采用上一基金项目建立起来的SSAP技术和能够降低基因组研究的复杂度、快速鉴定出高密度SNPs的 RAD-Seq技术，以'芳纪'和'凤丹白'牡丹人工杂交获得的 F1代群体为材料，构建牡丹高密度遗传连锁图谱；然后结合连续三年表型观测所获得的性状分离数据，对该F1群体的开花早晚、开花持续期、花径大小和花瓣数目等重要性状的 QTLs 进行定位分析。本项目构建牡丹高密度遗传图谱并对牡丹重要性状进行QTL定位分析，将为牡丹复杂数量性状的遗传学研究和分子标记辅助育种提供科学的理论依据。

牡丹具有很高的观赏、油用和药用价值，但对其重要性状的遗传基础目前了解不多。构建牡丹高密度遗传图谱并对其重要性状进行QTL定位分析，可为相关基因的定位与克隆，基因组结构与功能的研究和分子标记辅助选择等奠定重要基础。本项目以‘凤丹白’和‘新日月锦’杂交F1代群体为材料，连续多年对其花期、花径、花瓣数等20个重要性状进行跟踪调查，对其花期、种子产量等极端表型进行了划分；基于SSR技术构建了包含35个SSR标记的遗传图谱，获得了与新枝数、花朵数、花径、叶长、果荚高和果荚直径相关联的QTLs位点；利用GBS技术获得了包含3868个标记的高密度遗传连锁图谱，该图谱覆盖牡丹基因组长度为13175.5 cM，标记间平均遗传距离为3.406 cM，连锁群的平均长度为2635.1 cM，每个连锁群平均含有773.6个标记位点。结合多年表型观测数据，定位到与花朵数、花瓣长、花瓣数、花期相关联的QTLs位点6个，可解释表型变异的范围为13.8%-20.4%，所有位点的表型变异贡献率均超过了10%，均为主效QTL；采用BSR-Seq方法筛选到291个显著富集与牡丹开花早晚关联的基因序列；克隆了牡丹开花相关基因PsFUL1、PsSOC12和PsAGL15；对不同发育阶段牡丹种子进行了转录组和蛋白组分析，获得了与脂肪酸代谢相关蛋白在种子整个发育过程中的表达水平；绘制了首个牡丹‘凤丹白’叶绿体基因组图谱。研究结果为牡丹复杂数量性状的遗传学研究和分子标记辅助育种提供科学的理论依据，为牡丹花期调控和种子发育机制的研究奠定了重要的理论基础。