雌雄异株芦笋种间杂交高密度遗传图谱的构建及产量性状QTL定位

Asparagus officinalis L., known as the king of vegetables, is a perennial dioecious economic crops. It is extremely difficult to improve yield-related traits genetically because most of them are controlled by quantitative trait loci (QTLs). Moreover conventional breeding in asparagus is laborious, time-consuming due to its cross-pollination and long generation cycles. Its genetic improvement depending on genotypic selection will be more prominent. In this study, three genetic maps will be constructed based on a F2 population of Asparagus officinalis L., derived from interspecific hybridization, using the strategy of pseudo-testcross and the techniques of Genotyping by Sequencing (GBS) and SSR markers; and QTLs controlling several important yield-related traits, such as total stem number, stem diameter, mean spear weight , mean spear diameter, total spear number, total yield, will be detected in the F1 parental integrated map. Sequence analysis of homologous genes related to the development of plant stem, and mapping and comparing of homologous loci and QTLs are to be followed by, and the candidate majors QTLs will be mapped further. In the end, functional Genes in major QTL intervals will be predicted and annotated by bioinformatics, and possible candidate genes will be screened. The results from the study will contribute to molecular genetic analysis of yield-related traits and its application for molecular marker-assisted breeding in Asparagus officinalis L. So the study will be of scientific significance and can provide a guide for the practical production.

芦笋是一种全球重要的经济作物，被誉为“蔬菜之王”。它雌、雄异株，多年生，世代周期较长，且产量等重要性状多为复杂的数量性状，因此在遗传改良中对基因型选择的依赖性将尤其突出。本项目拟以芦笋种间杂交构建的 F2分离群体作为作图群体，采用“拟测交”策略，运用GBS简化基因组测序和微卫星标记技术，分别构建高密度的雌、雄株遗传图谱以及二者整合图谱；同时对控制芦笋茎数、茎粗、平均笋重、平均笋粗、总笋数、总产量等6个产量性状的 QTL 进行定位，并分析QTL在基因组上分布特点，结合植物茎发育同源基因序列分析结果，遴选主效QTL，扩大群体对其进行精细定位，分析育种利用价值；然后利用芦笋基因组测序分析信息，对主效QTL定位区间进行基因功能注释，筛选可能的候选基因，为芦笋产量相关性状遗传解析和分子标记辅助选择奠定基础。

芦笋是全球一种重要的经济作物，被誉为“蔬菜之王”。它雌、雄异株，多年生，世代周期较长，且产量等重要性状多为复杂的数量性状，因此在遗传改良中对基因型选择的依赖性将尤其突出。为此，本项目构建芦笋高密度遗传图谱，对产量相关性状进行QTL分析，以期为芦笋产量性状遗传解析与分子标记辅助育种奠定基础。本研究以芦笋栽培种台南选3号（TN3）为母本，近缘野生种兴安天门冬（XA）为父本，种间杂交获得种间杂种F1，F1中两雌雄单株姊妹交，构建F2群体，随机挑选其中100株F2作为作图群体。利用dd-RAD技术对TN3（♀）、XA（♂）、F1-1（♀）、F1-2（♂）及100株F2植株进行简化基因组测序，基因分型，采用joinmap4.0 软件进行遗传图谱的构建。并利用构建的遗传图谱，采用QTL_IciMapping3.0软件复合区间作图法，对株高、茎数、茎粗3 个产量相关性状的QTL 位点进行检测。研究结果，dd-RAD共获得434.46 Mb的读长数据，平均数据量4.18 Mb，18 930个多态性tag，共计开发获得2 346个高质量SNP 位点，双亲纯合多态性SNP 位点1208个。构建了含有13 个连锁群，1 208个SNP 标记的遗传图谱，图谱总长677.96 cM，平均图距为0.56 cM；共检测到与16个产量相关性状的QTL 位点16个，分布在第2、3、4、6、7、9、12 连锁群上。其中，株高相关的QTL 有4 个，茎数相关的QTL有5个，茎粗相关的QTL 有7个，单个QTL 位点的可解释的表型变异范围为8.81%-20.51%。SN2.2的贡献率最小，为8.81%，SN7.1的贡献率最大，为20.51%。从QTL定位区间及全基因组，筛选鉴定了双亲间具有错义突变的产量性状相关同源基因23个，并获得与产量密切相关的芦笋理想株型基因aspIPA1敲除的T0代突变植株。此外，在本项目共同资助下，项目组主持完成了芦笋基因组计划国际合作项目“芦笋基因组测序分析”，绘制了芦笋全基因组序列图谱，鉴定出芦笋Y染色体非重组性别决定区域，揭示了芦笋性别决定与天门冬属早期阶段性染色体演化的分子机制。综上所述，本项目基本完成了研究任务，研究结果将有助于芦笋产量相关性状遗传解析、功能基因挖掘和分子标记辅助选择。