簸箕柳生物量产量性状遗传解析研究

Trees possess some unique characteristics, such as high genetic load and long life span etc., which make it difficult to analyze the genetic loci underlying the complex traits in woody plants. The basic genetic study on trees lags behind that of the important crops, hampering the genetic improvements for trees. Molecular breeding is the key technique to break through the barrier of long breeding cycle of tree species. To carry out molecular breeding in tree breeding programs, locating and cloning genes underlying important traits is the basic demand and precondition. Biomass production is a key index for assessing the productivity of trees, which is also one of the important traits in tree improvement. Biomass production is a typical quantitative trait and is controlled by multiple genes. Since trees are perennial plants, the effect of quantitative trait loci (QTLs) depends on their consistent expression during the long growth process. In this study, we plan to use the early flowering small shrub willow (Salix suchowensis) as study material, focusing on its biomass production, to perform QTL analysis through multiple years based on the construction of large and high generation mapping pedigree. With these efforts, we aim to detect the large effect QTLs and explore their effect changing with different developmental ages, thereafter, to perform local fine mapping in the the large effect QTL intervals, and improve the mapping accuracy of these QTLs. Finally, we can confine the genome sequence in the target intervals by aligning the genetic map to the genome sequence of Salix suchowensis. Based on sequence dissection, we proprose to detect the candidate genes controlling the biomass production. This study will provide essential information for cloning the target genes in future studies.

林木存在遗传负荷高、世代周期长等一些特殊的生物学特性，开展林木复杂性状遗传解析一度被视为遗传学研究的难点。基础研究的滞后，严重阻碍了林木遗传改良研究进展。分子育种是突破林木长育种周期的关键技术,而定位与克隆控制重要性状的主效基因, 是开展分子育种的前提和基础。生物量产量是森林生产力重要评价指标，提高生物量产量是林木遗传育种的重要目标之一。生物量产量性状是典型的数量性状，受多基因控制。同时，林木是多年生物种，QTL的效应取决于其生长过程中长期表达的累积。本项目拟以成花期短、个体小的簸箕柳为研究材料，针对生物量产量，利用大规模高世代群体，开展多年度的QTL分析研究，查找主效QTL，阐明QTL随不同发育年龄的效应变化，完成主效QTL的局部区域精细定位，并利用簸箕柳基因组序列，开展目标基因区序列解析，找出控制簸箕柳生物量产量性状主效QTL的候选基因，为最终克隆控制簸箕柳生物量产量性状基因创造条件。

林木存在遗传负荷高、世代周期长等一些特殊的生物学特性，其基础研究相对滞后，严重阻碍了林木遗传改良进程。分子育种是突破林木长育种周期的关键技术，而定位与克隆控制重要性状的主效基因，是开展分子育种的前提和基础。生物量产量是森林生产力重要评价指标，提高生物量产量是林木遗传育种的重要目标之一。生物量产量性状是典型的数量性状，受多基因控制。同时，林木是多年生物种，QTL的效应取决于其生长过程中长期表达的累积。.项目以成花期短、个体小的簸箕柳为研究材料，针对生物量产量，利用大规模F2群体，开展连续两年的QTL分析研究，找出控制生物量产量性状主效QTL，并进行主效QTL的区域精细定位。同时利用基因组序列，开展目标基因区序列解析，找出控制簸箕柳生物量产量性状主效QTL的候选基因，为克隆控制簸箕柳生物量产量性状基因提供条件。. 通过项目的实施，取得了如下主要成果：(1)以簸箕柳F2家系为材料，按照3小区4重复布置完全随机区组实验，完成了簸箕柳全同胞家系生物量性状连续多年观测；(2) 构建了簸箕柳AFLP遗传框架图谱，(3)采用重测序技术完成了簸箕柳遗传图谱的加密，为生物量产量性状QTL的精细定位区间的序列解析奠定了基础；(4) 完成了簸箕柳苗高、地径、分枝数等产量性状的QTL定位，共定位了4个主效QTLs；(5)完成了QTL区间的基因组序列解析，发现基因主要富集在植物激素信号传导代谢通路，7个基因参与生长素、细胞分裂素、油菜素内酯、赤霉素等植物激素信号途径。项目在采用正向遗传学手段克隆控制林木重要性状基因取得了重要进展，也为后续开展杨柳科植物重要性状遗传解析及分子育种研究构建了重要的基础平台。. 项目成果在《Horticulture Research》等杂志上发表高水平论文10余篇、获国家发明专利1项、林业行业标准1项。另外，通过项目实施，在团队建设和人才培养方面也取得了显著成绩。项目负责人入选第二批国家“万人计划”领军人才，项目主要参与人陈赢男入选中国科协“青年人才托举工程”及江苏省青蓝工程骨干教师。