甜菜分子标记遗传图谱构建及重要农艺性状QTL分析

Currently, the production situation of sugar beet is very severe in China, and more than 98% of the sugar beet production area has been occupied by foreign sugar beet varieties, thus there are significant potential safety hazards in the sugar beet industry of China. In order to prevent the monopoly of foreign varieties and cultivate new varieties of domestic high-quality sugar beet, it is necessary to establish molecular linkage map for sugar beet independently by China, carry out QTL positioning analysis to important agronomic traits. The studies on establishment of sugar beet molecular linkage map have not been reported in China. In this project, the high-yield low-sugar low-resistance monogerm strain was used to hybridize with low-yield high-sugar high-resistance multi-embryo strain for the first time in China to create a F2 segregation population with rich genetic information, meanwhile, the ovule culture technique is firstly used to create a stable DH segregation population to be used as a permanent population. In addition, the project selected 200-240 plants from one F2 segregation population and a DH segregation population to screen 100 pairs of SRAP primer combinations and 30 pairs of SSR primer combinations to combine the molecular markers of SRAP and SSR combinations using relevant mapping software in order to establish two sugar beet molecular linkage maps with higher saturation, wide representative for the first time in China. The study focused on QTL positioning analysis of high-yield high-sugar high-resistance so as to provide technological reserves for sugar beet marker-assisted selection breeding and transgenic technology.

目前，我国甜菜生产形势非常严峻，甜菜生产面积的98%以上已被国外品种占领，甜菜产业存在重大安全隐患。为了防止国外品种垄断，培育出优异甜菜品种，有必要建立我国自主的甜菜分子标记遗传图谱，进行重要农艺性状的QTL 定位分析。国内尚无构建甜菜分子标记遗传图谱的报道。本项目以甜菜高产低糖低抗单胚品系与低产高糖高抗多胚品系杂交，创建出1个遗传信息较丰富的 F2 分离群体，同时利用胚珠培养技术，创建1 个稳定的 DH 分离群体，作为永久性群体，国内尚无报道。本项目通过1个F2分离群体与1 个 DH 分离群体，各选取200-240株，筛选100对SRAP引物组合和30对SSR引物组合，进行SRAP和SSR两种分子标记结合，利用相关作图软件，拟构建出F2群体和DH群体两套饱和度较高、具有代表性的甜菜分子标记连锁图谱。重点进行高产高糖高抗的QTL定位分析，为甜菜分子辅助选择育种及转基因研究提供技术基础。

本项目分别利用SRAP和SSR分子标记技术和高通量测序技术，构建出两个甜菜遗传图谱，并对重要农艺性状进行了QTL定位分析，同时重新创建甜菜DH群体2个。以甜菜高产低糖型和低产高糖型两材料杂交, 构建了 200 个单株的 F2 作图群体, 利用所筛选出的 56 对 SRAP 引物组合和 20 对 SSR 引物, 对 F2 作图群体进行 PCR 扩增和遗传连锁分析, 初步构建了一张包含 9 个连锁群、141 个(123 个 SRAP 和 18 个 SSR)标记位点的甜菜遗传连锁图谱。该图谱覆盖长度为 1399.88 cM，平均图距 9.92 cM。未进入连锁群的有 4 个标记。9 个连锁群包含 3~26 个标记不等, 连锁群遗传距离 15.69~237.21 cM。连锁群上有 20.56%的标记出现偏分离, 主要集中在 Chr.3 连锁群上, 其余分散在 Chr.1、Chr.2、Chr.8 和 Chr.9 中。该图谱是国内利用 SRAP 和 SSR 方法, 构建的第一个较精密的甜菜遗传图谱, 为重要性状的基因定位和优良基因的克隆奠定了基础。同时，为构建更高密度甜菜遗传图谱，与北京百迈客生物技术有限公司合作，利用高通量测序技术对甜菜219个子代进行标记候选，在检测到的高质量SLAF标记中共检测到多态性slaf 48478个，多态率为28.24%。标记完整度平均达到98.85%。遗传图谱共分为9个连锁群，总图距为1554.64cM，平均图距为0.47cM。平均每个连锁群含有365个标记，图距172.74cM。9个连锁群总图距分布在113.52cM-274.64cM之间。Gap小于等于5cM比例在98.91%-100%之间，平均为99.54%。共得到 9 个性状的 47 个性状关联区域，并对区域内的基因进行功能注释。根周长定位到了5号和7号染色体的多个区域，最多的一个是5号染色体的40～47 cM和107～111cM。根重相关QTL定位到3号和7号染色体的区域，最有效的区域是7号染色体173～177cM。含糖率相关QTL位于5号染色体和9号染色体，LOD值为4.35，最有效的区域是9号染色体8～28cM。该图谱是目前国内外甜菜遗传图谱研究方面得到的密度最高，覆盖面积最大的甜菜遗传图谱，获得相关QTL关联分析位点最多。