SSR标记关联分析结合转录组测序解析豌豆抗冻基因

Pea (Pisum sativum L.) is a major winter crop in south part of China, as well as early spring crop and potential winter crop in north part of China. With significant positive ecological effects and high economic benefits as intercropping and rotation crop in the sustainable and traditional integrated cropping systems of agriculture in China, pea plays an important role in food and feed industry as fresh vegetable and dry grain, due to its high protein content and easy to be digested as various kinds of human food and animal feed. China is the largest pea producer in the world, and plays a vital role in the global pea production. The theoretical and actual value of studies on winter hardy ability of pea has been gradually raised by globally abnormal winter climatic flutuation during past years. To face the global severe climate change, Core Collection of Pisum sativum from China and USDA-ARS will be tested winter-hardy in the next three years at Qingdao, Yantai and Binzhou.As a result, winter hardy and freezing sensitive genetic resources of pea would be identified.Meanwhile,populations structure and diversity would be analysized.Assicitation study dissects the winter hardy genes by 300 SSR markers.Compare with major crops like rice and soybean, researches on SSR markers development in pea are still very limited. Based on the global situation of pea researches, we have combined the FIASCO (Fast Isolation by AFLP of Sequences Containing repeats protocol) with the Next-Generation sequencing, and generated mass putative SSR markers.In this project,putative SSR markers will be screened one by one for their banding efficiency and polymorphism, and more than 700 new polymorphic SSR markers will be screened out and used in constructing a reliable genetic linkage map of Pisum sativum L.

豌豆是我国南方主要的冬季作物,北方重要的早春作物和潜在的冬季作物，具有高蛋白质含量、易消化吸收，粮、菜、饲兼用，以及深加工增值的诸多特点，是种植业结构调整中重要的间、套、轮作作物。中国是世界第一大豌豆生产国，在世界豌豆生产中占有举足轻重的地位。由于冬季异常天气频繁出现，使得豌豆抗冻性研究越来越具有理论和实际价值。我们将利用国家种质库现有146份栽培豌豆核心资源和从美国USDA-ARS引进的282份栽培豌豆核心资源，进行三年三地越冬筛选，获得抗冻性优异材料，通过300个均匀分布于基因组的SSR分子标记进行关联分析，获得抗冻相关基因位点，通过转录组测序解析抗冻基因表达。相比水稻、大豆等，国际上开发的豌豆SSR分子标记非常有限，无法借其达到上述研究目标；因此，我们结合磁珠富集法与二代测序获得了大量豌豆SSR序列，通过本项目我们将构建一张不少于700个SSR标记的遗传连锁图谱，以服务于上述研究。

豌豆是我国南方主要的冬季作物，北方重要的早春作物和潜在的冬季作物，具有高蛋白质含量、易消化吸收，粮、菜、饲兼用，以及深加工增值的诸多特点，是种植业结构中重要的间、套、轮作作物。中国是世界第一大豌豆生产国，地位举足轻重。冬季异常天气频繁出现，使得豌豆资源抗冻研究越来越重要。.本项目利用国内外772份栽培豌豆初选核心资源，分别于2013/2014冬季山东青岛、烟台、滨州，2014/2015及2015/2016两个冬季在青岛、莱阳、滨州(经纬海拔同上)，进行了3个冬季、每个冬季3个裸地大田筛选点的抗冻能力筛选，确定了48份表现稳定的抗冻资源，其中16份抗冻性表现最为优异，部分工作发表在The Crop Journal[2016, 4: 377-383]。2014年利用二代测序、数据库法开发筛选出815对多态性SSR引物，利用F2群体将其中157个定位到了11个连锁群上，论文发表在The Crop Journal[2014, 2(2): 170-174]，成为2017年度高被引论文；2015年利用二代测序开发筛选出827对多态性SSR引物，论文发表在PLoS ONE[2015, 10(10): e0139775]，其中494个SSR标记定位到了11个连锁群上；2016年利用二代测序开发筛选出841对多态性SSR引物，最终构建了一张包含643个SSR标记的遗传连锁图谱。利用其中267对表现最好的SSR引物对672份在9次重复筛选中数据资料齐全的资源进行抗冻表型与SSR标记间的关联分析，结合抗冻和冷敏感资源各一份进行转录组测序验证，发现7个与抗冻性紧密关联的稳定SSR标记，其中功能标记EST1109位于LG VI上，预测与一种参与糖蛋白代谢的基因紧密关联，该代谢可有效应对寒冷压力，发现了豌豆一种新型的抗冻机制，论文发表在Scientific Reports[2017, 7: 5919]。.培养毕业2名硕士，发表SCI、SCIE论文各2篇，申请了2项国家发明专利，筛选出抗冻优异资源为豌豆育种提供了宝贵亲本，构建和加密的SSR遗传连锁图谱为豌豆遗传提供了有力工具，发现的抗冻相关位点及作用机制将豌豆抗冻研究推进到了基因水平。