异源基因组渗入系与AB-QTL分析法挖掘藏丹参特异药用种质

The discovery and use of specific germplasm resources are very important for realizing the breeding goals of Salvia miltiorrhiza Bge. Our group previous researches suggest that the main medicinal composition (tanshinoneⅡA) of Salvia castaneadiels f. Tomentosastib (local variety) was more than 5 times of cultivated salvia, but the yield was not so high. In order to fully explore the specific germplasm resources, this project uses high generation backcross population which we have got as experimental material. Through the microspore culture, construct the DH population, permeate Salvia castaneadiels f. Tomentosastib genome fragments into cultivars, and create excellent breeding new materials with exogenous specific alleles under cultivated S.miltiorrhiza varieties genetic background(heterologous genome introgression lines); Through the high generation backcrossing QTL (AB-QTL) analysis method to identify and analyze the medicinal quality related genes of S.miltiorrhiza. At the same time, separate and clone the related key genes which control the medicinal quality in S.miltiorrhiza by SSR molecular markers；By agrobacterium mediated and our laboratory established genetic transformation system of S.miltiorrhiza, the medicinal quality related genes will be inserted into the cultivars, and the exogenous specific allelic gene function and its expression characteristics will also be studied under cultivated S.miltiorrhiza varieties genetic background. The above studies excavate the specific medicinal germplasm of Salvia castaneadiels f. Tomentosastib, provide references for applying the molecular labeling techniques in S.miltiorrhizabreeding, and promote S.miltiorrhiza breeding and industrial development.

丹参特异种质资源的发掘与利用是实现其育种目标的基础与关键。课题组前期研究表明绒毛鼠尾草（“藏丹参”，地方品种）中的主要药用成分丹参酮ⅡA含量是栽培丹参的5倍以上，但产量不高，为了充分挖掘这一特异种质资源，本项目拟以我们已构建的高代回交群体作为试验材料，对其进行小孢子培养，构建DH群体，把藏丹参的异源基因组片段渗入到优良栽培品种中，创制出优良栽培丹参遗传背景下渗入有外源特异等位基因的育种新材料（异源基因组渗入系）；并通过高代回交QTL（AB-QTL）分析法鉴定和解析丹参药用品质相关基因，同时结合SSR分子标记，分离克隆控制丹参药用品质性状的关键基因；并通过本实验室已建立的丹参毛状根遗传转化体系，将控制丹参药用品质相关基因导入栽培品种中，研究外源特异等位基因的功能及其表达特点。通过以上研究，充分挖掘藏丹参特异药用种质，为分子标记在丹参育种上的应用提供参考，促进我国中药材丹参育种和产业发展。

丹参野生近缘种优质资源的挖掘与利用，对栽培丹参的遗传改良具有重要意义。藏丹参的丹参酮IIA和迷迭香酸等次生代谢物质明显高于栽培丹参，是栽培丹参重要的野生近缘种。本研究通过藏丹参与栽培丹参杂交、回交等方法，创制了优良栽培丹参遗传背景下渗入有外源特异基因的育种新材料。通过藏丹参叶片密被绒毛和特殊地下茎形态及发育方式的研究，解析了迷迭香酸和丹参酮IIA等次生代谢物质高积累的成因；组装了藏丹参的高质量全长转录组，并对SSR位点进行了全面分析；通过比较基因组分析揭示了藏丹参的起源与进化，阐明了藏丹参在1600万年前青藏高原形成过程中，与栽培丹参开始了物种的分化；通过WGCNA关联分析挖掘藏丹参脂溶性丹参酮IIA和水溶性迷迭香酸等成分高积累的关键基因；鉴定到了WRKY75、NAC29等转录因子调控藏丹参中丹参酮类物质的高积累，以及WRKY35、UBC2等转录因子调控藏丹参迷迭香酸等水溶性成分的高积累，实现了其高原适应性；并通过本实验室成熟的丹参毛状根遗传转化体系，成功克隆了控制藏丹参次生代谢物质高积累的4个关键基因（ScWRKY35, ScWRKY75, ScUBC2和ScUBC5），并转入栽培丹参毛状根中，研究了其功能和表达特点。结果表明ScWRKY35和ScWRKY75只存在于细胞核，ScUBC2, ScUBC5则在细胞核、细胞膜中均有分布，对丹参毛状根中次生代谢物质的积累具有重要的调控作用。本研究从发育方式、起源进化、关键基因等全方位挖掘了藏丹参特异药用种质，为丹参的遗传改良和分子标记辅助育种提供重要基础，服务于我国中药材丹参育种和产业的发展。