梨自交不亲和花粉S基因的筛选和S位点的进化分析

Many fruit species in the Rosaceae, including apple, pear, apricot, and sweet cherry, exhibit typical gametophytic self-incompatibility(GSI) controlled by an apparently single multi-allelic locus. This locus encodes at least two components from both the pollen and the pistil, and controls recognition of self- and non-self pollen. The S-RNase genes of pear have been discovered for 20 years and showed high polymorphism, while the pollen S genes are still unfound. Our research group has sequenced the pear genome and established a bacterial artificial chromosome library (BAC) at the same time, which give us an opportunity to take an insight into the pollen S gene. Based on that, this study is about to conduct the whole genome sequence of Yali and its pollen-part self-compatible mutant Jinzhui and assembly them using the reference genome. By comparing the two genomes, we can get the mutant loci and find the pollen S gene. By analysis the structure of the S locus and conduct repeat sequence annotation using bioinformatics methods, we can know better of pollen S gene of pear. Also phylogenetic tree analysis will be carried out on the S locus of Rosaceae to answer the co evolution question of the S-RNase and pollen S gene.

蔷薇科果树如梨、苹果、杏等具有自交不亲和性，该反应由S位点（S-locus）的1对等位基因控制，分别为雌蕊S-RNase基因和花粉的S基因。梨雌蕊S基因已被确定近二十年，表现出丰富的多态性，但到目前为止，花粉S基因还未完全确定。申请人所在课题组前期通过高通量测序测得了梨全基因组序列，并建立了细菌人工染色体（BAC）文库。本项目将以此为基础，通过对'鸭梨'和其自交亲和突变品种'金坠梨'全基因组测序，利用梨的参考基因组信息，找到S位点的序列差异，通过生物信息学的手段筛选梨花粉S基因，并分析其结构稳定性和重复序列注释。同时对S单倍型多态性的5个梨品种进行S位点BAC测序，进行多态性分析。结合前人的研究数据分析蔷薇科果树雌蕊和花粉S基因的结构特点和进化特性。本研究利用新兴的测序技术结合生物信息学手段，筛选花粉S位点，阐明S位点基因的稳定结构和进化机制，为自交不亲和研究提供新的思路。

首先针对15个梨品种的S基因型在不同的研究中存在不一致的情况，我们对其花粉S基因型进行重新鉴定。同时我们发现两对S-RNase基因具有相同的基因序列，被认为是相同的S-RNase基因。其次，使用高通量标签测序（tag-seq）技术对梨树二次开花的特性进行了相关研究。总共找到了2713个差异表达基因，这些基因与光合作用、激素与信号、碳水化合物合成和代谢相关。再次，针对梨树重要的基因家族，我们选取了热休克转录因子（Hsf）和LOX基因家族进行研究，对基因家族进行了基因结构特性、系统发育分析和进化演化历史的分析，表达情况被转录组数据验证。最后，针对梨树的重测序和全基因组关联分析对于方法的需求，通过改进已有方法，提出了一种新的具有更高统计功效的关联分析方法ECMLM，该方法通过模拟数据和实际数据得到验证。