裙带菜高密度遗传连锁图谱的构建与性别决定位点的定位

Construction of genetic linkage map is the prerequisite for gene location, map-based cloning, QTL analysis and marker assisted selection. Undaria pinnatifida is one of the most important commercial seaweeds of China, however, its genetic linkage map has not yet been constructed, which severely hinders the molecular breeding study of this seaweed. In addition, because of the huge difficulties in the karyotype study, little has been known about the sex-determining mechanism of this seaweed. Construction of high-density genetic linkage map and location of sex-determining locus will provide genetic evidence for whether there are sex chromosomes in U. pinnatifida. In this project, a large number of novel polymorphic SSR and SNP markers will be developed. A dozen of sex-linked AFLP markers will be identified by using the screening strategy of bulked segregant analysis and then converted to SCAR markers. A high-density genetic linkage map will be constructed by using SSR, SNP, as well as sex-linked AFLP and SCAR markers, and the position of the sex-determining locus is expected to be finely revealed in the high-density sex linkage group. The project will lay a foundation for genetic and molecular breeding studies of U. pinnatifida and shed light on deeply understanding the sex-determining mechanism of this seaweed, even all species of Laminariales.

遗传连锁图谱的构建是基因定位、图位克隆、QTL 分析和标记辅助育种的前提。裙带菜作为我国最重要的经济海藻之一，其遗传连锁图谱尚未构建，这严重阻碍了裙带菜分子育种学的研究。同时，由于受限于核型研究的巨大困难，我们对裙带菜的性别决定分子机制了解甚少。高密度遗传连锁图谱的构建和性别决定位点的定位将为揭示裙带菜中是否存在性染色体提供遗传学依据。本项目拟在裙带菜中大量开发多态性高的SSR和SNP标记，采用群分法（BSA）的策略大量筛选与配子体性别相关的AFLP标记，并转化为SCAR标记；利用SSR、SNP以及性别相关的AFLP和SCAR标记构建裙带菜的高密度遗传连锁图谱和性别连锁群，对性别决定位点进行精细定位。本项目将为裙带菜的遗传学和分子育种学研究奠定基础，并为深入了解裙带菜乃至整个海带目褐藻的性别决定机制提供新的依据。

遗传连锁图谱是基因定位、图位克隆、QTL分析和标记辅助育种的基础。裙带菜作为我国最重要的经济褐藻之一，其遗传连锁图谱尚未构建，这极大限制了裙带菜分子育种学的研究。同时，由于海带目褐藻的核型研究非常困难，我们对裙带菜的性别决定分子机制了解很少。遗传连锁图谱的构建和性别决定位点的定位将为揭示裙带菜中是否存在性染色体提供遗传学依据。本项目以子一代（F1）单倍体克隆群体为作图群体，以SNP和微卫星（SSR）标记成功构建了裙带菜的首张高密度遗传连锁图谱，并对性别决定位点进行了定位。作图群体由51个雄性配子体克隆和50个雌性配子体克隆组成，其父母本分别为雄性配子体克隆10#F1-2-5M 和雌性配子体克隆5# F1-2-5F。SNP标记开发采用SLAF-seq的简化基因组测序的方法。SLAF-seq总共获得28.06 Gb的数据，包括140.31M的双末端序列。在父母本中获得的SLAF标记数分别139873和134975个，平均测序深度分别为54.39和50.88倍。在子一代中获得SLAF标记数104831个，平均测序深度为8.16倍。累计开发SLAF标记202572个，其中多态性标记33093个，占16.34%。符合F1单倍体群体分离比的标记为24320个。最终上图标记4627个，包括4626个SLAF标记和1个SSR标记（UP-AC-2A8）。遗传图谱的总长度为1816.28 cM，由30个连锁群组成，与之前报道的染色体数目一致。相邻标记间平均图距为0.39 cM，达到高密度遗传连锁图谱的水平。10号和27号连锁群的图距分别为最长和最短，长度分别为106.95和20.12cM。QTL连锁分析显示，性别相关位点被定位到22号连锁群29.01cM到68.81cM的区间，包括68个SLAF标记和1个SSR标记。其中5个SLAF标记（Marker 6556, 19020, 43089, 60771，26359）和1个SSR标记（UP-AC-2A8）与性别位点的重组率为0，被确定为性别紧密连锁标记。它们位于59.50cM的位点，这个可能为性别决定位点。高密度遗传连锁图谱的成功构建将为未来裙带菜品种选育提供有力的遗传学研究工具，同时为海带目褐藻性别决定机制的阐释奠定了基础。