落羽杉×墨杉高密度遗传图谱构建及耐盐性状的QTL定位

Taxodium ‘zhongshansa’ are the superior hybrid clones from the interspecies crosses of Taxodium. Since T. distichum is salinity sensitive, and T. Mucronatum is medium salinity tolerant, their progeny ‘zhongshansa’ are divergent in their capacity to tolerant salt stress. To breed new ‘zhongshansa’ varieties with relatively high salt tolerance, the development of a marker-assisted selection method is desirable. QTL detection would be carried out for salt-related traits in a T. distichum × T. mucronatum hybrid family (n=160). The main contents include:(1)using the second generation technology based “genotyping by sequencing” method to develop high-throughput SNP markers, and construct a high density genetic map,(2)assessing the phenotypes of salt-related traits, and analysising the genetic variations of these traits, (3)identifying QTLs associated with salt tolerance in ‘zhongshansa’, estimating their contributions to genetic variance and developing molecular markers to validate these QTLs. To our knowledge, this would be the first attempt to construct a high-density linkage map in Taxodium, and the information would lead to a better understanding of the genetic mechanism of salt tolerance in Taxodium.

中山杉是落羽杉属种间杂交优良无性系的总称，由于落羽杉不耐盐，墨杉中度耐盐，使得杂交子代中山杉不同品种间耐盐力差异显著。分子标记辅助选择在中山杉耐盐新品种的选育中具有巨大的潜力。本研究拟对落羽杉×墨杉杂交子代（160个）的耐盐性状进行QTL定位研究。主要内容包括：（1）利用基于二代测序的“测序基因分型”技术开发高通量的SNP分子标记，并构建高密度遗传图谱，（2）对与耐盐力有关的性状进行表型评价，并进行各性状的遗传变异分析，（3）鉴定与耐盐性状关联的QTL，评估其效应大小及相互间的作用模式，并开发分子标记对QTL进行验证。本研究将首次构建落羽杉属高密度遗传图谱，并将为落羽杉属耐盐性状的遗传机理研究提供大量信息。

落羽杉属种间杂交无性系中山杉作为优良的生态树种，已成功应用于江苏省及周边地区的沿海防护林建设和盐碱地绿化造林， 选育具有较高耐盐能力的中山杉新品种，具有较高的经济和生态价值。然而， 落羽杉属耐盐性状的遗传模式目前尚不清楚。本研究以回交子代（落羽杉为母本，墨杉为父本）回交一代为材料，采用特异位点扩增片段测序（SLAF-seq）方法构建高密度遗传图谱。通过RsaI 进行酶切，共获得 2,016.336M reads（403.16 Gb），母本落羽杉的平均测序深度为28.49╳，父本墨杉为25.18╳，子代为11.12╳。通过reads聚类共开发524,662 个 SLAF 标签，其中多态性SLAF标签共有 249,619 个，其中 135,052 个标签成功编码，以 aa╳bb 型标签进行图谱构建，可以用于遗传图谱构建的标签有72,466 个，最后的图谱包含了6156个SLAF标记，包括10710个SNP，由11条连锁群构成，总图距1137.86cM，平均图距为0.18cM。该图谱被分为11个大的连锁群，最大遗传连锁群的SLAF标记数为987个，最小为90个。对150mM NaCl胁迫6h后的BC1子代5min内根系分生区Na+、K+离子流响应特征研究发现，93.8%子代呈Na+外流， 96.9%子代呈K+外流，其中91.75%子代Na+ 和K+同时外流，即大量外排阳离子，维持细胞内的电荷平衡是子代响应盐胁迫的重要机制之一。Na+外流速率和K+外流速率显著负相关，即分生区细胞排钠能力和保钾能力在BC1群体中显著正相关。BC1子代Na+和K+流速遗传变异系数分别为68.68%和61.07%，且均符合正态分布特征。Na+流速定位到3个主效QTL，单QTL解释表型变异率为7.65%-14.35%，K+流速定位到13个主效QTL，单QTL解释表型变异率为1.20%~3.68%，其中Na+相关的三个主效QTL与K+的主效QTL均发生重叠。10%和15% NaCl胁迫处理下叶片的相对电导率和细胞伤害率性状成功定位到4个QTL区间，置信区间变化范围为0-2.753cM，似然函数比值的对数值的变化范围为2.03--3.48，可解释的表型变异介于4.43%-10.44%。本研究探索了落羽杉属响应盐胁迫与离子平衡调控的遗传机制，为分子育种手段应用于中山杉耐盐新品种选育奠定基础。