基于RAD-seq探讨西南地区黄毛草莓遗传多样性及适应性进化机制

Fragaria nilgerrensis is an important wild strawberry widely distributed in Mountainous in Southwest China. It has important values for genetic improvement of cultivated strawberry with white and peach flavor aroma fruit, as well as strong resistance. While no studies has been conducted on genetic diversity and local adaption of F. nilgerrensis yet. Based on the field investigation, in this project we will perform RAD-seq technology to obtain genomic-level single nucleotide polymorphism (SNP) of F. nilgerrensis across all the populations, to detected population nucleotide diversity and population structure, population evolutionairy history of F. nilgerrensis, as well as natural selection genes. These results have important guiding values for protection and genetic resource utilization of wild strawberry F. nilgerrensis. This project will deepen our understanding of the population genetics and adaptive evolution of F. nilgerrensis, not only providing information that can be applied to genetic resource protection and utilization but also providing a typical case for comprehensive understanding of the evolutionary patterns in plants influenced by Qinghai-Tibet Plateau uplift.

广布于中国西南地区的黄毛草莓是重要的野生草莓资源，其独特的白色浆果、蜜桃味果香和较强的抗逆性，对栽培草莓的遗传改良具有重要价值。然而目前对于黄毛草莓的自然居群缺乏系统的遗传背景评价，遗传进化机制鲜有报道，优良性状开发并不充分。本项目在前期研究基础上，拟通过简化基因组测序（RAD-seq）技术对黄毛草莓全境分布居群开展群体遗传学研究，通过检测不同生境下黄毛草莓的单核苷酸多态性(SNP)，评估居群遗传多样性和分布格局，推测种群进化历史动态，从而为种质资源保护、群体进化潜力提供依据；通过检测群体选择压力和异常SNP位点，挖掘环境适应相关基因和代谢途径，为抗性基因筛选和品种培育提供线索。本项目力求深入探讨黄毛草莓群体进化历史和适应性进化机制，为核心种质资源的保护和利用提供科学依据，同时也为研究青藏高原隆升对植物起源与演化的影响提供典型案例。

本项目通过SSR分子标记和全基因组重测序技术对黄毛草莓进行了群体遗传学分析，解析了黄毛草莓遗传多样性和分布格局、并推演了种群历史动态和成因，为黄毛草莓核心种质资源的保护和重要农艺抗性基因开发利用提供依据，这是本项目最初的研究目标，已完成。同时，本研究还对包括黄毛草莓在内的整个草莓属二倍体种的泛基因组和物种分化进行了研究，并发现了一个新种，峨眉草莓。具体的研究结果如下：..1）基于SSR分子标记的黄毛草莓群体遗传分析：我们共收集了黄毛草莓25个居群的169份材料，并开发了16对SSR引物，遗传多样性分析结果显示黄毛草莓虽然为自交亲和的克隆植物，但整体保持了较高的遗传多样性水平。SSR遗传多样性分析显示Ho =0.19，Nei’s genetic diversity index=0.4，AMOVA分析显示Fst=0.34，说明黄毛草莓种群遗传分化明显。此外，聚类分析和遗传结构分析显示黄毛草莓可以分为两个大的群体，但遗传距离与地理距离并不想关。.2）基于基因组重测序的黄毛草莓群体遗传分析和种群历史动态研究：我们对包含黄毛草莓在内的草莓属二倍体物种开展了泛基因组及群体进化分析。该研究首次构建了草莓属泛基因组及核心基因组，结果显示草莓属平均约42.9%的基因(共11173个基因)构成了核心基因组；利用1007个one-to-one 单拷贝基因我们重建了草莓属的系统发育关系，并预测了起源分化时间大概为8Mya；通过对10个关键物种的128份种质资源进行重测序，我们对草莓属各物种的基因组遗传多态性和种群进化历史进行了研究；此外，我们检测了与包括黄毛草莓的野生草莓白色果实性状相关的MYB10基因多个可能的独立单碱基突变，并基于群体遗传和形态分析，该研究发现了一个草莓新种——峨眉草莓(F. emeiensis Jia J. Lei)。