祖先野生种花生全基因组MITEs转座子的鉴定、开发及应用研究

Peanut (Arachis hypogaea L.) is an important oil and economic crops in China. But due to its narrow genetic background, the type and the number of molecular markers were insufficient presently, which seriously restricted the peanut molecular breeding. Miniature inverted repeat transposable elements (MITEs) had been proved to be very easily used for the development of high efficient, simple and practical molecular markers owing to the characteristics of its widely distributed, high copy number and small size in the plant genome. Based on the previous study work, this project aims to: 1) identify MITEs transposons from the genome sequences of the diploid wild ancestors of cultivated peanut using bioinformatics strategy, define the structure characteristics of each MITE transposon family, estimate the copy number and the genome content of each MITE transposon family, estimate the insert time of each MITE element, and then predict the amplification pattern of each MITE transposon family; 2) develop the MITEs transposon markers and establish the high performance peanut MITEs transposon markers system; 3) evaluate the wild peanut species and cultivated peanut of genus Arachis and construct a molecular genetic linkage map based on a F2 segregation population developed from "Guihua39×Guihuahong166” using the MITEs transposon markers system. This project will add new peanut MITEs resources and increase much more efficient, simple and practical molecular markers into the peanut. The work will definitely lay the foundation for subsequent in-depth studying of peanut MITEs’ function and regulation, and promote the process of the peanut genetic improvement and molecular breeding.

花生是我国重要的油料和经济作物，其遗传基础狭窄，目前分子标记尚显不足，严重制约了花生的分子育种。微型反向重复转座元件（MITEs）分布广泛、拷贝数丰富、长度短，易被用来开发高效简单实用的分子标记，本项目计划在原有研究基础上，1）利用生物信息学策略对二倍体祖先野生种花生基因组中的MITEs进行高通量鉴定，明确每个MITE家族的结构特征，估算每个MITE家族的拷贝数和基因组含量，估计每个MITE元件的插入时间及预测每个MITE家族的扩增模式；2）开发MITEs转座子标记，建立高效花生MITEs转座子标记系统；3）利用MITEs转座子标记分别对花生属野生种和栽培种及“桂花39×桂花红166”产生的F2代群体进行评价和分子遗传连锁图谱构建。本项目将为花生增添新的MITEs资源，为花生增加更多高效简单实用的分子标记，为后续深入研究花生MITEs的功能和调控及促进花生的遗传改良和分子育种进程奠定基础。

花生是我国重要的油料和经济作物，目前分子标记尚显不足，严重制约了分子育种进程。微型反向重复转座元件（MITEs）分布广泛、拷贝数丰富、长度短，易被用来开发高效简单实用的分子标记。本项目通过多种生物信息学分析策略从祖先野生种、二倍体野生种、四倍体野生种及中美栽培种花生的全基因组中鉴定出全部MITEs转座子及其侧翼序列，从对应基因组中获得了每个MITE转座子家族的一致序列，明确了每个家族的TSD和TIR等结构特征，从对应全基因组中调取了每个家族的所有拷贝成员序列，估算了每个家族的基因组含量，针对全基因组MITEs转座子批量设计了引物对而开发出花生属MITEs转座子标记，建立了高效花生属MITEs转座子标记系统，利用MITEs转座子标记、高通量SNP标记及其它功能型标记对花生栽培种进行了多态性和分子变异检测，构建了栽培种花生DNA身份证，重建了花生属不同区组野生种间的系统进化关系。率先在花生上创新完成了跟本项目直接相关和间接相关的基础研究。本项目以第一、共同第一及通讯作者发表了文章6篇（SCI1篇），2篇英文和中文文章已经被接受发表，有3篇文章投稿到《Genomics》、《Gene》、《Genome》上，有3篇英文文章的中文初稿已基本撰写完毕，有8篇中文文章正在审稿中；以第一发明人获授权发明专利7件和实用新型专利4件；主持登记13项计算机软件著作权；主要参与制定颁布广西地方标准7项；主持育成桂花202、桂花61和桂花66，主要参与育成11个花生新品种；荣获广西科技进步二等奖和福建科技进步一等奖各1项，荣获中国作物学会油料作物专业委员会首届“青年创新奖”；培养花生分子生物学研究学术骨干4名，培养一名本科生考上研究生；储存了一批花生属MITEs转座子研究的关键技术。本项目所取得的结果将为后续深入研究花生MITEs的功能和调控及促进花生的遗传改良和分子育种进程奠定基础。