甘薯块根淀粉性状的候选基因关联分析

甘薯是我国最具开发前景的能源作物和重要的工业原料作物，而甘薯块根的淀粉含量和淀粉组分（直链淀粉含量、支链淀粉含量、直链淀粉/支链淀粉比例）是影响甘薯乙醇产率和产业化应用的重要因素。本研究拟采用收集的466份甘薯种质资源材料构建自然群体，利用基于候选基因的关联分析法鉴定与淀粉含量和淀粉组分这2个重要淀粉性状显著相关的基因位点，并根据候选基因在不同淀粉性状表现型甘薯材料中的基因变异和内含子多态性开发SNP和IP标记，在候选基因的基因组和侧翼序列中筛选SSR标记，为利用基因工程改良甘薯淀粉品质和分子标记辅助选择育种奠定基础。

收集甘薯种质资源材料并进行遗传多样性分析，选择代表该种质资源库最大遗传信息的239份核心种质资源建立自然群体，于2011-2013年连续3年进行块根淀粉性状测定。239份材料的淀粉含量在4.476%-31.899%之间，且连续3年测定值差异不大。直链淀粉含量在7.280-35.512%之间，直链/支链淀粉比例计算值在0.166-0.430之间，3年测定值差异均较大。利用8个具有极端总淀粉和直链淀粉含量的典型甘薯材料对甘薯块根淀粉的形成和积累规律进行研究。研究结果表明，各供试材料间块根干物质和淀粉积累变化较大的阶段均在栽插后80-125d之间，具有不同淀粉性状的材料之间在块根膨大和发育的不同时期具有不同的淀粉积累规律。直链淀粉含量随着块根淀粉的积累呈现动态变化，在栽插后65d和110d出现变化高峰。对目前公布的甘薯高通量测序数据进行了从头组装，获得62968条转录本。从中发掘1824个SSR，设计SSR引物1268对。采用其中215对在关联群体中进行鉴定，应用TASSEL软件的GLM和MLM程序对性状数据与标记位点的等位变异进行关联分析，获得与甘薯块根淀粉含量极显著关联标记（P＜0.01）67个，解释率变幅为0.01592-0.28505；获得与甘薯块根淀粉组分性状（直链淀粉含量、支链淀粉含量、直链/支链淀粉比例）极显著关联标记（P＜0.01）40个，解释率变幅为0.01745-0.38349。筛选获得的标记在具有不同淀粉含量/组分的甘薯品种中再次进行验证，分别筛选出12个对甘薯块根淀粉含量和淀粉组分性状具有很好鉴别效果的SSR标记。成功克隆25个与甘薯淀粉合成途径及淀粉品质相关的基因，荧光定量PCR检测结果显示这些基因在甘薯块根淀粉迅速积累阶段均有表达差异。根据在52份核心种质资源材料中克隆获得的基因序列，筛查SNP、InDel和内含子长度多态性，开发74个CAPs标记、5个InDel标记和78对ILP标记引物，鉴定获得11个可鉴定不同块根淀粉性状的CAPs标记和2个检测效果较好的ILP标记。其中，根据单个基因的核苷酸序列多态性位点设计的3个CAPs标记均获得较好的鉴定效果，能够区分高、低淀粉含量和高、低直链淀粉含量的甘薯材料。其中2个CAPs标记所对应的SNP可引起编码氨基酸序列的变化，表明该基因很可能是甘薯块根淀粉性状的重要调控基因。