基于SNP分子标记的中国人参品种的鉴定及种质特性差异形成的分子机制研究

Panax ginseng has long been cultivated in China and has rich germplasm resources. Due to lack of a rapid and accurate authentication method, different ginseng cultivars distributed in local cultivated populations. This seriously affects the stability of ginseng yield and quality, and the unknown of specific genes related to germplasm traits also becomes bottlenecks of standardized cultivation and selection of superior ginseng cultivars. In the present study, SNP markers are to be exploited from EST-derived unigenes using EcoTILLING technique, and accordingly the genotype characteristics of different ginseng cultivars are revealed. Molecular mechanism of formulation of ginseng cultivars’germplasm traits diversity is to be explored by genetic structure analysis and association analysis between SNP markers and growth related traits. The present study should provide theoretical basis for cultivar origin and marker-assisted selection of new cultivars. Furthermore, rapid authentication methods are to be designed for different ginseng cultivars by combining cultivar-specific SNPs and realtime PCR. Tthe rapid and effective cultivar authentication methods may accelerate the selection of superior cultivars from ginseng populations, protect the germplasm characteristics of ginseng cultivars, and thus promote the benign development of Chinese ginseng industry.

人参在我国栽培历史悠久，种质资源非常丰富。由于缺乏快速、准确的品种鉴定方法，不同的人参品种在各地的栽培群体中混杂分布，严重影响了中国人参产量及质量的稳定性，与人参品种种质特性相关的特化基因的不明确也成为人参优良品种选育和推广的瓶颈。本研究拟利用EcoTILLING技术从人参的unigene中进行不同人参品种SNP分子标记的开发，明确不同人参品种的基因型特征。通过SNP分子标记与人参生长相关性状的关联分析和遗传结构分析，探索不同人参品种种质特性差异形成的分子机制，为人参栽培品种的起源及新品种的分子标记辅助选育提供理论依据。同时，结合品种特异性SNP位点和荧光定量PCR开发人参品种的快速鉴定方法，为人参品种的鉴定和筛选提供有效手段，加速混杂群体中优良品系的分离和选育，从而保护中国人参品种的种质特性，促进中国人参产业的良性发展。

人参在我国栽培历史悠久，种质资源非常丰富。但由于缺乏快速、准确的品种鉴定方法，不同的人参品种在各地的栽培群体中混杂分布，严重影响了中国人参产量及质量的稳定性，也成为人参优良品种选育和推广的瓶颈。本研究以中国人参有代表性的农家品种、俄罗斯野山参，以及韩国主要人参品种为研究对象，分别在线粒体cox2、nad7基因的内含子中检测到了大马牙和野山参的SNP位点，在叶绿体ccsA基因中发掘到黄果人参的SNP分子标记。并在Auxin repressed protein，Squalene epoxidase，和Cytochrome P450基因中分别检测到了韩国人参品种天丰、高丰、和K-1的SNP位点。根据检测到的不同人参品种的特异性SNP分子标记，分别引入错配碱基设计了不同人参品种的位点特异性引物，将DNA简易提取、ARMS、和荧光定量PCR技术相结合，利用“等位基因分型”分析法实现了对大马牙、黄果、野山参、高丰、K-1等人参品种基因型的自动化检测，建立了上述不同人参品种的快速高通量检测手段，并提出了以内含子为靶向的人参品种SNP分子标记的开发方法。根据不同人参品种的皂苷含量差异及抗病特性，在人参达玛烯二醇合成酶基因（DDS）中发掘到了和人参皂苷含量紧密相关的SNP位点，并在部分中国人参样品及高丽人参品种K-1的PR5基因编码区中发掘到了SNP位点。生物信息学分析推测该SNP位点引起的氨基酸改变导致了PR5蛋白质二级及三级结构的改变，从而进一步影响了人参的抗病特性。本研究在分子水平揭示了不同人参品种的遗传变异，明确了不同人参品种的基因型特征。人参种质特性的差异应是其特定的基因型在特定的生境下受到复杂的调控，使得代谢过程中的关键酶基因的表达产生了时空差异的产物，导致自身次生代谢产物的积累水平不同而形成。本研究开发的不同人参品种的快速鉴定方法可为人参品种的鉴定和筛选提供有效的手段，加速混杂群体中优良品系的分离和选育，为优良新品种的分子标记辅助选育提供理论依据。