通过全基因组关联分析发掘结缕草属耐盐SNP标记位点及相关基因

Zoysia grass is a excellent warm season turfgrass with the character of tolerance to salt, drought and extensive management. It is the first selection to improve the saline soil by planting zoysiagrass. It is urgent to breed new zoysia cultivars with high turf quality and salt tolerant by molecular methods. However, the research progress of molecular mechenisms of slat tolerant on zoysiagrass is far behind this need. According to this situation, the abundant zoysia germplasm resources and hybrids with high salt tolerant in our institute will be used in this project. Salt tolerance will be identified by some symptoms of growth and physiology under salt stress. The genome will be sequenced by a recently developed Specific Length Amplified Fragment sequencing (SLAF-seq) method, and sufficient SNPs will be obtained. Group structure, relatedness and linkage disequilibrium will be analyzed based on the sufficient SNP markers. Finally, association analysis will be conducted between SNPs and salt tolerance. Significant SNPs related to salt tolerance through whole genome of zoysiagrass will be obtained. Functional annotation will be performed on the genes including the SNPs or near the SNPs. The genes with highest relationship to the salt tolerance will be cloned and its function will be verified. In this study, the molecular mechnisms of salt tolerance of zoysiagrass will be interpreted by the SNPs and related geges detected in this study. These SNPs and genes will be used in zoysia breeding and the study on the molecular machenisms of other important characters of zoysia.

结缕草属植物是一种优良的暖季型草坪草，具有抗逆性强和耐粗放管理等诸多优良特征，是盐碱地绿化的首选草种。通过快速高效的分子手段培育优质耐盐结缕草属新品种，是目前迫切需要解决的问题。但关于结缕草属耐盐分子机制的研究进展远不能满足这一需要。针对这一现状，本项目充分利用我单位拥有的丰富的结缕草属种质资源和耐盐杂交后代，从多个生长及生理反应指标对其进行耐盐鉴定，通过Slaf-seq技术对其基因组进行测序，获得基因组信息和大批量SNP标记，对群体结构、亲缘关系和连锁不平衡水平进行综合分析，最后采用GWAS技术对SNP标记与耐盐性进行关联分析，获得与耐盐性紧密关联的SNPs，并对其进行功能注释，对显著性最高的基因进行克隆和功能验证。本研究获得的显著关联的SNPs及其基因将进一步解释结缕草属耐盐分子机制，并用于育种。本研究获得的结缕草属基因组信息和大批量SNP标记将为结缕草属其它性状的研究奠定良好的基础。

结缕草属植物是一种优良的暖季型草坪草，是盐碱地绿化的首选草种。研究结缕草属植物耐盐性的离子调控机理和分子机制，对于耐盐新品种的选育具有重要意义。本研究以206份结缕草属植物种质为试验材料，通过SLAF-seq简化基因组测序技术对其进行测序，通过水培法对其进行耐盐性鉴定和离子调控机理研究，通过GWAS关联技术获得与耐盐性状显著关联的SNP标记位点及其基因，并对其进行功能注释，对显著性最高的基因进行克隆和功能验证。结果如下：（1）通过简化测序共得到223,543个高一致性的群体SNP，基于过滤后的SNP，对206份种质的亲缘关系，LD衰减等进行分析，并将其分成9个亚群；（2）盐胁迫处理后，结缕草属植物表现出现叶片萎蔫和枯黄，生长速度减慢，地上生物量降低，草层干重和根系干重升高或降低，叶片和根系K+含量降低，Na+的含量升高，叶片分泌Na+和K+的量增加；（3）结缕草叶片上表面和下表面均有盐腺分布，其中上表面盐腺与耐盐性呈正相关，下表面盐腺与耐盐性呈负相关。（4）基于四种模型，对13个耐盐性状与群体SNP进行GWAS关联分析，获得了不同模型下显著关联的SNP位点，并以显著关联SNP位点前后100kb的基因作为候选基因对其进行了功能注释；（5）筛选了29个与K+转运，应答盐胁迫转录因子，蛋白激酶及其合成酶类，以及蛋白折叠，高迁移率B组机动蛋白，MATH domain蛋白等相关的基因进行荧光定量PCR验证，表明21个基因分别在盐胁迫的不同时期表现出了与对照的差异显著性；（6）对7个与耐盐性高度关联的基因进行克隆，并通过转化拟南芥进行异源表达，发现ZjCHITIV，ZjCNGC17和ZjSLEEPER-like三个基因转化拟南芥后，都不同程度提高拟南芥的耐盐性。这些新基因的发现及其显著关联的SNPs，为结缕草属植物耐盐机制的进一步研究及其耐盐新品种的标记辅助育种提供依据。