‘月月粉’连续开花基因定位研究

Perpetual blooming (PB) is an unique trait of rose, also an important biological character in plants, while the genetic determinisms has not been clearly clarified. In our previous study, we developed a large rose segregating popuation with 827 individuals in which F1、F2 and BC1F1 sub-populations were included. We proposed that perpetual blooming trait is controlled by two recessive genes in Rosa. chinensis (rpb1 and rpb2) , and mapped the rpb1on the third linkage group of rose genome. Based on these findings, we speculate about the perpetual blooming trait could be regulated by two recessive genes with duplicate effect. First of all, F2、single gene segregation population and near-isogenic lines will be developed by sister cross method and BC1 back cross. In order to precisely map perpetual blooming genes, we are going to construct a dense genetic map using SNP and InDel makers based on RAD-seq technique. And then, we will conduct genetic analysis based on phenotyping data and fine map the candidate genes to understand the genetic effect of rpb1 and rpb2. Finally, candidate genes responsible for pepetual blooming trait and tigtly linked molecular markers will be identified by comparative sequencing and bioinformatics approach. Results of this study will provide a solid fundation for complementary test and functional verification of selected candidate genes, dissecting the genetic determinism of perpetual blooming as well. In addition, our study stand a chance to provide helpful experiences for other ornamental plants and plant biology research.

连续开花是月季的特异性状，也是重要的植物生物学性状，其遗传基础尚未清晰。我们前期研究构建了F1、F2及BC1等827株的分离群体，遗传分析表明月季连续开花受2个隐性基因调控，命名为rpb1和rbp2，并将rpb1定位在第三连锁群4.5cM区间。在此基础上，我们推测月季连续开花可能受2个重叠隐性基因调控。本研究拟通过F1姊妹交和BC1与轮回亲本回交，构建F2、单基因分离群体及近等基因系。利用RAD-seq技术，开发SNP、InDel等分子标记，构建高密度的遗传图谱，结合亲本及后代开花表现型，对连续开花基因进行精细定位，分析rpb1和rbp2之间遗传效应关系。通过亲本间序列比对及生物信息学分析，挖掘与rpb1和rbp2紧密连锁的分子标记和确定候选基因。研究结果将为候选基因互补实验、功能验证及最终解析月季连续开花性状的分子遗传机制奠定基础，为其它观赏植物和多年生木本植物生物学研究提供借鉴。

1. OB群体构建。以连续开花的中国古老月季‘月月粉’为母本，一季开花的‘无刺光叶蔷薇’为父本，构建了2个F2群体，分别为312株和1617粒种子。构建1个BC2F1群体，共获得杂交种子2801粒。2. NAM群体尝试构建。以中国古老月季‘匍匐红’为固定亲本，获得构建NAM群体亲本15个，亲本均为二倍体。包括3个中国古老月季，分别是‘藤本赤龙含珠’ ‘玉玲珑’ ‘户撒月季花’，均具有连续开花性状；其它野生材料12份，包括橘黄香水月季，大花香水月，金樱子，弯刺蔷薇，绣球蔷薇，粉团蔷薇，多花香水月季，单瓣黄刺玫，缫丝花，硕苞蔷薇，七姊妹，疏花蔷薇。共获得13个F1群体， 2个F2群体。3. 利用RNA-seq技术进行亲本间基因标记开发。利用‘月月粉’和‘无刺光叶蔷薇’不同发育阶段的芽和叶片转录数据，整合已发表的蔷薇属其他物种的表达数据进行了de novo组装获得高质量的参考转录组。开发了亲本间共有基因10773个，通过直接序列比对发掘月季连续开花候选基因成为可能。另外，研究还鉴定了164个蔷薇属特异基因和4447个蔷薇科共有基因，选择压力分析发现蔷薇属409个基因受到了强烈的正向选择，且富集与DNA修复相关的基因，可能与蔷薇属植物进行了长期复杂的种间杂交产生基因组冲突相关。4. 基于RAD测序技术的分子遗传图谱构建。研究将2213个可靠标记分配给7个连锁群，遗传图谱的总长度达到1027.425 cM，每个标记平均图距为0.96 cM。利用高密度分子遗传图谱，将‘月月粉’单倍体基因组尚未组装的Contigs中45%序列组装到相应连锁群。5. 结合QTLs和BSA分析方法，将月季连续开花性状定位到2个紧密连锁基因位点。通过152个BC1基因型QTLs基因定位分析将月季连续开花性状定位到了1.2cM的遗传距离区间，包含有2个紧密连锁的基因位点。对120个后代进行BSA分析，获得了99个关联标记分两簇聚集分布于QTLs定位区间，BSA分析结果和QTLs定位结果相一致。6. 大花香水月季基因组测序及候选基因分析。利用单分子测序技术与Hi-C图谱，完成了大花香水月季基因组测序，长度约有536Mb，经过校正后contigN50提升到了17.34Mb。通过‘月月粉’基因组和大花香水月季基因组序比较基因组分析，从共线性结果发现3号染色体上存在一个较大的倒位,发掘开花候选基因2个。