基于连锁作图和全基因组关联分析发掘中国对虾耐高pH性状的等位变异

Chinese shrimp (Fenneropenaeus chinensis) is an ecologically and economically important variety that is cultivated mainly in northern China. However, the lack of new varieties with high pH tolerance constricts the development of shrimp farming. It is important to shorten F. chinensis breeding cycle when cultivating new varieties. The traditional breeding way cannot satisfy the practice requirement with slowly efficiency. In this project, dissection of allelic variation of high pH tolerance of F. chinensis will be carried out basedon linkage map and genome-wide association analysis. There are two parts in this project: (1) A high-density and high-precision genetic map will be constructed with SNP makers by using high pH tolerance widely separated cross population as the mapping population. This genetic map will be applied for QTL analysis; (2) Genome-wide association analysis will be employed to dissect high pH tolerance of F. chinensis and identify the excellent allelic variation through utilizing a series of wild F. chinensis resource. Finally, the molecular mechanisms underlying allelic variation will be illustrated based on the QTL mapping and genome-wide association analysis results. The results will lay foundation for marker-assisted selection (MAS) for F. chinensis quality improvement and provide potential breeding materials for cultivating new varieties.

高pH胁迫是中国对虾养殖的主要环境胁迫因子之一，严重影响中国对虾的生长及免疫能力，培育耐高pH性状的中国对虾新品种已成为育种学家亟待解决的问题。利用序列分析发掘中国对虾耐高pH性状相关的等位变异位点，并应用到品种培育和改良中，是目前提高中国对虾育种效率和精度的关键技术问题。本项目拟采用连锁作图与全基因组关联分析相结合的策略，以建立的耐高pH的中国对虾F2代家系为材料，进行精简基因组测序，构建高密度、高精度遗传图谱并定位抗pH性状主效QTL；以来源于不同地理群体的野生种质资源为材料，通过全基因组关联分析实现对目标性状的精细定位；整合连锁分析和GWAS分析的结果，并在不同种质中进行优异等位变异验证。本研究旨在获得目标性状的主效位点，批量筛查用于育种的SNP标记，为深入解析中国对虾耐高pH性状的遗传机制及抗逆新品种的种质创制提供材料基础和理论依据。

高pH胁迫是中国对虾养殖的主要环境胁迫因子之一，严重影响中国对虾的生长及免疫能力。本项目围绕中国对虾耐高pH性状有利等位基因挖掘：一是构建了中国对虾高密度遗传连锁图谱，定位了中国对虾耐高pH性状相关QTL。对由145个子代构成的F1家系进行高通量重测序，采用471739个高质量SNP标记构建了中国对虾高密度遗传连锁图谱，覆盖43条染色体，图谱总长度为4662.07 cM，标记平均间隔0.47 cM。鉴定出9个稳定的高pH抗性相关QTL，其表型解释率在9.78-11.94% 之间。二是完成了中国对虾耐高pH性状GWAS分析，获得了与性状显著关联的优异等位基因位点及候选基因。以224尾中国对虾自然群体为材料进行了GWAS分析，鉴定出136个与高pH抗性显著相关的SNP位点，挖掘抗性相关优异基因158个。三是开展了转录组和蛋白组分析，发现了中国对虾抗高pH胁迫相关调控通路。通过中国对虾高pH胁迫后的转录组分析，发现5446个基因发生了差异表达，其中上调2710个，下调2736个；蛋白组的结果显示，高pH胁迫后，124个蛋白表现出上调，41个表现下调。在高pH胁迫后，翻译与翻译后修饰，物质与能量代谢，细胞内运输和分泌以及信号转导等相关通路基因或蛋白被诱导表达。四是进行了中国对虾抗高pH候选基因功能研究，揭示了其参与高pH胁迫的响应过程。结合QTL分析，GWAS分析和多组学分析结果，对中国对虾高pH胁迫相关候选基因进行了筛选。对筛选的候选基因进行定量分析以及生物信息学分析，初步验证了部分候选基因的功能。实验首先针对候选基因FcATG进行了下一步研究，通过RNAi技术初步验证了FcATG5，FcATG6和FcATG12在中国对虾应对高pH胁迫的作用机理。这些结果为中国对虾高pH胁迫育种中复杂QTLs的精细定位、候选基因的鉴定以及抗非生物胁迫基因的标记辅助选择奠定了基础。