基于重测序进行全基因组关联分析挖掘大麻CBD含量候选基因

Cannabidiol (CBD, cannabidiol) is a kind of secondary metabolite, which is unique in hemp plants, and has important medicinal value. However,the genetic mechanism of CBD content in hemp is not clear so far. Exploring CBD content related candidate genes is the basis for molecular breeding of new varities and elucidating its genetic mechanism in hemp. Our previous study of natural germplasm population including 115 hemp accessions showed that the population had high genetic diversity and simple structure. Furtherly, we established 115 genotype-identical hemp female clones by asexually expanding of one female plant per germplasm in this population. CBD content quantification of 115 accessions showed that CBD content varied very widely in this population, which indicated this populations can be used as a correlation analysis of CBD content groups. In this study, 115 hemp accessions will be re-sequenced to develop SNP and the CBD contend will be accurate determined in four environments. We try to explore the candidate gene for CBD content from the 115 hemp accessions clones by genome-wide association analysis and verification using the qRT-PCR. This study will deepen the understanding of germplasm resources and lay the foundation for marker-assisted selection breeding.

大麻二酚（CBD,cannabidiol）是大麻植物中特有的一类次生代谢产物，具有重要的药用价值。目前，CBD含量的遗传机制尚不明确。挖掘CBD 含量候选基因，是大麻CBD含量分子育种以及探析其遗传机制的基础。我们前期对115份种质资源组成的自然群体研究表明，该群体遗传多样性高，群体结构简单；然后我们对该群体每份种质的1棵雌株无性扩繁，建立了115份基因型一致的雌株无性系；对其CBD含量测量结果表明，CBD含量变异广泛（0.01%-4%）。表明该群体可作为CBD含量的关联分析群体。本项目拟以大麻115份雌株无性系为研究材料，利用重测序技术开发全基因组SNP标记，结合4个环境精确测定的关联分析群体CBD含量，采用全基因组关联分析法发掘与CBD含量初步候选基因，并通过qRT-PCR技术进行验证，最终获得CBD含量候选基因。本研究可深化对种质资源的认识，奠定分子辅助选择育种基础。

大麻（Cannabis sativa L.）为大麻科大麻属一年生草本植物，雌雄异株，具有重要的工业和药用价值，涉及纺织、建材、食品及制药等多个方面。大麻二酚（CBD,cannabidiol）是大麻植物中特有的一类次生代谢产物，具有重要的药用价值。目前，CBD含量的遗传机制尚不明确。挖掘CBD 含量候选基因，是大麻CBD含量分子育种以及探析其遗传机制的基础。本研究利用120份工业大麻构成关联群体，采用全基因组重测序技术开发覆盖全基因组的SNPs和SV，基于2点2年的田间种植试验鉴定得到的CBD含量表型数据，进行表型与基因型的GWAS研究及候选基因的挖掘。主要研究结果如下：.（1）对大麻自然群体的CBD含量进行分析，结果显示变异系数在3个环境都达到1以上，在BLUP下变异系数也达到0.734。CBD的遗传力达到65.08%，表明该性状主要受基因型影响。.（2）大麻全基因组的变异检测，总共鉴定到覆盖全基因组的39万个SNP标记和26万个结构变异（SV）标记。同时对SV标记中的PAV、CNV标记进行分析，另外发现“Deletion”类型变异标记在50-100bp类型最多，“Duplication”和“Inversion”类型变异标记检出数目随着检测长度的增加而逐渐增加。同时发现SNP变异更倾向于在着丝粒中被检测出，而SV标记更倾向于在端粒中被检测出。通过对变异标记的分析，表明大麻群体间存在广泛的遗传变异。.（3）发现基于SV标记关联到的CBD含量显著位点更倾向于在4号染色体上被检测到，而基于SNP变异关联到的显著位点更倾向于在10号染色体上被检测到。基于SV变异鉴定到1.15Mb的CBD含量改良区域。基于SNP变异鉴定到2.94Mb的CBD含量驯化区域和1.73Mb的改良区域，以及440kb的驯化改良重叠区域。.本研究深化了对工业大麻种质资源的认识，奠定了工业大麻分子辅助选择育种基础。以上研究结果对分子标记辅助选择、分子设计育种、相关基因分离等后续研究具有重要的指导意义。