微型月季花色性状早期鉴定分子标记体系建立与利用

Rosa is one of significant objects in forestry plant variety protection in China, which have high economic and ornamental value. Hence the risk of rights infringement also becomes high. Meanwhile in plant variety protection, the early and rapid identification of variety characters is difficult. Focusing on the problem, in this study, the next generation sequencing will be applied to discover the gene specific marker related to flower color in miniature rose. Mutant varieties of miniature rose will be analyzed by RAD-seq and RNA-seq in order to explore the different loci from DNA to mRNA level. In addition to bioinformatics analysis and molecular biological verification experiment, some genes will be discovered, which are related to the formation of flower color. Moreover, based on the information of these gene sequences, the candidate loci of gene specific markers will be developed. Finally, these candidate loci will be tested in order to verify the reliability and resolution in plant variety identification.

蔷薇属（Rosa L）是我国林业植物新品种保护的重要对象之一，具有较高经济价值与观赏价值，这也增加了品种侵权的风险。然而，植物新品种保护中也存在植物材料鉴定周期长、早期判定难等实际问题。因此，本研究针对花色性状，以微型月季突变品种为材料，首先应用染色体观察、微卫星分析等方法，确定参试材料基础遗传信息；然后通过比较基因组学方法，采用简化基因组、转录组测序以及生物信息学分析，结合分子生物学验证，从基因组和转录组水平发现微型月季花色性状差异的相关遗传物质基础，捕获影响花色性状形成的基因特异性标记候选位点，并且验证、筛选、分析候选位点在月季品种鉴定、性状早期判定中的可靠性与分辨率，获得一系列与花色形成紧密关联的分子标记，以此为基础建立花色性状早期鉴定的分子标记体系。研究旨在为分子标记技术在品种侵权过程中的应用提供一些科学依据与理论基础。

植物育种者权利是一种知识产权，旨在保护育种者合理权益，促进育种可持续发展。随着林业育种的迅速发展，新品种数量呈现爆发增长的趋势，林业植物品种测试、品种权保护工作难度与日俱增，因此，为提高品种测试与保护的效率，新技术的开发与应用十分必要。本项目以木本花卉蔷薇属（Rosa.spp）为材料，利用基因组、转录组测序以及靶向代谢物分析以及Sanger测序等方法，比较分析了蔷薇属突变品种之间在基因组、转录组以及代谢水平上的差异，初步认识了突变品种之间花色差异的内在机理，结果显示天竺葵素（Pg）及其糖基衍生物是品种‘Margo Koster’（红色）成色的主要物质，而在品种 ‘White Margo Koster’（白色）中没有检测到任何花青素，而黄酮醇含量则显著高于红色品种；通过转录组测序技术比较分析两个品种在转录水平上的差异，结果显示类黄酮代谢途径的关键基因表达水平差异可合理的解释类黄酮、花青素累积差异；在转录组测序数据的基础上，验证并开发具有多态性，稳定性的EST-SSR标记24个，并将其应用于不同花色的蔷薇属栽培品种群的DNA分子身份证构建，成功获得了近100个品种SSR指纹图谱，结果表明这些标记位点可应用于品种测试与保护。于此同时，为了开发更多的SNP分子标记位点，本研究还开展了蔷薇属品种基因组重测序工作，成功组装了完整的‘Margo Koster’的叶绿体基因组（157kb），初步比较分析获得了34个SNPs和4个Indel变异位点，49个SSR位点；比较分析了近100个品种在SSR位点以及侧翼的碱基序列差异，结果显示叶绿体基因组具有丰富的SSR变异以及单核苷酸变异，考虑到蔷薇属多倍性、基因组多拷贝的特性，叶绿体单核甘酸变异具有更分型简单的优势，这些位点将在品种管理、近似品种筛选以及分子测试等方面具有较好的应用前景。