马氏珠母贝生长性状QTLs精细定位与相关基因功能分析

Quantitative traits locus (QTLs) analysis has been a research hotspot in genetic breeding studies for years. Growth traits such as shell length, shell height, shell width, shell weight and total weight of pearl oyster Pinctada martensii are quantitative traits and determined by multiple quantitative trait loci. The objective is to improve the cultured stocks when planned breeding programs. An effective approach to improving the stocks is to design marker assisted breeding by mapping the quantitative trait loci. The program will develop SNP markers at a large scale using restriction-site associated DNA sequencing (RAD-seq) technology on basis of draft genome of the species. Two half-sib families will be subjected for a high-density genetic map (< 1cM) by using the SNP markers developed. QTLs of growth traits are mapped by a combination of linkage and genome-wide association analysis. Growth traits related genes will be cloned by using Rapid Amplification of cDNA Ends (RACE), and their functions are to be identified. The program will provide an insight into genetic mechanism on growth, and valuable information on molecular marker assisted breeding in the species.

数量性状位点（QTLs）定位分析一直是遗传育种研究的热点领域。马氏珠母贝Pinctada martensii的生长性状（壳长、壳高、壳宽、壳质量与体质量）属于典型的数量性状，由多个QTL控制。筛选生长性状QTLs，用于辅助育种设计，是提高养殖群体生长性状的有效途径。在已完成马氏珠母贝基因组测序基础上，本项目拟利用RAD-seq技术建立高通量SNP标记分型技术，大规模筛查分型SNP标记；利用两个半同胞家系构建高精度遗传连锁图谱（<1cM）；结合连锁与全基因组关联分析（GWAS）精细定位生长性状QTLs，分析各QTL的遗传效应与相互关系；利用RACE克隆生长性状相关基因，利用RNA干扰、扫描电镜等进行功能分析。本项目将深入解析马氏珠母贝生长性状的遗传机制，为分子育种设计提供理论依据。

马氏珠母贝Pinctada martensii是我国南方主要养殖经济贝类之一，用于生产有核珍珠。珍珠性状（如珍珠厚度与珍珠重量）与生长性状存在明显的正相关性，在育种过程中可以通过改良养殖群体的生长性状提高珍珠性状。马氏珠母贝的生长性状（壳长、壳高、壳宽、壳质量与体质量）属于复杂数量性状，由多个基因控制。筛选生长性状位点（QTLs），用于辅助育种设计，是提高育种效率的有效途径。本研究项目利用RAD高通量测序技术构建了1个马氏珠母贝高精度遗传图谱，整合的马氏珠母贝连锁图谱含有4463个标记，覆盖了14个连锁群；每个连锁群含有的标记数目从127到516个不等，平均每个连锁群上有318个标记，图谱总长度为4287.61cM，标记间的平均间隔为0.96cM。基于连锁与关联分析共定位了18个关于壳长、壳宽、壳高、体重与壳重相关的QTL。其中检测得到的壳长、壳宽、壳高、体重与壳重相关的QTLs的数目分别为7个、4个、4个和3个。这些QTLs成簇的分布于Ch1、Ch2、Ch3、Ch8、Ch10、Ch11连锁群上，单个QTL可以解释表型方差范围为7.1%-20.1%。基于马氏珠母贝基因组序列，筛选了67个与生长和矿化性状相关的候选基因；从67个基因中选择了BMP7、TIMPs、TβR I、EGFR、FGF18基因，利用RACE技术获得了BMP7、TIMPs、TβR I、EGFR、FGF18基因的全长序列，利用生物信息软件分析了基因序列特征，RNA干扰技术后检测基因表达量变化与利用扫描电镜观察贝壳珍珠层结构的变化。本项目实施完成有助于解析马氏珠母贝生长的分子遗传机制，为分子育种设计提供理论依据与技术支持。