甘蔗蔗糖分性状的关联分析及优异基因资源发掘

Sucrose content is the important breeding objective in sugarcane breeding program. The complexity in genetic background is well known as a ‘bottleneck’ of sugarcane breeding. Improving the breeding efficiency through technology in genomics could be a potential alternative. The evaluation on sucrose content will be done for a collection of 200 sugarcane germplasm from Australia, France, Philippines and China through a 3–year field experiment. Meanwhile, the genotypic data will be obtained through the technology of simplified genome re-sequencing, AFSM（Amplified Fragment SNP and Methylation）. Analysis technique for genotypic data based on AFSM for sugarcane genetic population will be established and haplotype mapping will be constructed. The high throughput SNP and haplotype information that extracted by assembly and annotation will be used in genome-wide association study so as to establish the molecular markers for sucrose content trait. Genetic diversity evaluation on exotic germplasm in this study will be done based on whole genome information and key gene resources will be exploited through comprehensive analysis between genotype and phenotype. The research could be valuable for molecular designing breeding of sugarcane and germplasm evaluation.

甘蔗蔗糖分是甘蔗育种的重要目标性状。遗传基础复杂是制约甘蔗杂交育种的瓶颈，通过基因组学技术发展高效的甘蔗辅助育种平台是提高育种效率的重要途径。项目以甘蔗蔗糖分性状为切入点，选择从澳大利亚、法国、美国、菲律宾和巴西等国家引进以及我国自主培育和创制的200份甘蔗种质资源为材料，进行连续3年系统的蔗糖分检测和评价，基于AFSM（Amplified Fragment SNP and Methylation）简化重测序技术获取全部种质的基因型数据，通过组装与注释提取高通量的SNP和单倍型信息，建立基于AFSM技术的甘蔗群体基因型分析方法体系，构建甘蔗单倍型图谱。通过全基因组关联分析（GWAS），建立甘蔗蔗糖分性状的分子标记。从全基因组对外引珍贵甘蔗种质资源遗传多样性进行评估，综合基因型与表型数据发掘优异基因资源。项目研究可为甘蔗分子辅助育种设计和种质资源的评价提供科学依据和新途径。

蔗糖分是甘蔗育种的重要目标性状，通过基因组学技术发展高效的甘蔗辅助育种平台是提高育种效率的重要途径。项目以来自9个国家的292份甘蔗种质为研究材料，通过1年新植、2年宿根的田间试验，系统评价了参试种质3个蔗糖分性状（甘蔗蔗糖分、甘蔗蔗汁糖分和甘蔗锤度）的遗传变异和育种值，为全基因组关联分析和优异种质发掘提供了高质量的表型数据；基于AFSM（Amplified Fragment SNP and Methylation）简化重测序技术，从292份参试种质中共获得920Gb的序列数据，将四倍体割手密AP85-441作为参考基因组，筛选得到163,379个高质量的变异位点, 同时建立了基于AFSM简化重测序技术的甘蔗群体基因型分析方法体系，为该技术在甘蔗研究上的进一步应用提供了参考；基于变异位点和表型数据，开展了种群结构和全基因组关联分析。292份种质遗传距离在0.152-0.321之间，平均为0.236，可分为7个亚群。采用一般线性模型(GLM)和压缩的混合线性模型(MLM)进行关联分析，得到120个显著位点（含一因多效位点）。在显著性位点及其附近区域，进行基因功能注释，共得到19个候选基因，为蔗糖分性状的进一步深入研究和分子标记辅助育种奠定了基础；综合表型和分子数据信息，筛选出遗传异质性大、育种值高且甘蔗蔗糖分超过16.00%的高糖优异种质32份提供杂交利用，丰富了我国甘蔗高糖育种亲本基因库。