基于GBS测序的燕麦地方品种遗传多样性研究及产量相关农艺性状的全基因组关联分析

Oat is a cereal crop with high nutritional values that is used both for human food and animal feed. However, the low grain yield of oat limits its further development. The evaluation of the level and structure of genetic diversity in oat landrace, and the discovery of the QTLs for grain yield-associated traits would facilitate the identification, as well as the use of oat genotypes with superior performance and breeding value. However, due to lack of enough molecular markers and high-density genetic map, the abovementioned work has lagged compared with many other cereal crops. Recently, great progress has been made in the development of the molecular markers and the high-density genetic map in oat based on high throughput genotyping by sequencing (GBS). Thus, in the present project, we intend to perform GBS on a large set of 492 oat landraces originated from 49 countries 1) to evaluate the level and structure of genetic diversity, and 2) to discover and locate the QTLs for grain yield-associated traits, including thousand kernel weight, spikelet number of main spike, spike number per plant, plant height, flowering time, and kernel length, kernel width, by using GWAS. These results will provide new sights on oat germplasm utilities and protections, promote the progress of oat molecular breeding.

燕麦是一种极具营养价值的粮草兼用型作物，但较低的单产限制了燕麦的发展。对燕麦地方品种遗传多样性结构和水平进行评价，以及对燕麦产量相关的农艺性状进行QTL分析，有利于对燕麦种质资源进行充分挖掘和高效利用。然而，受限于可用分子标记数量以及高密度遗传图谱缺乏，使得燕麦上述研究工作远落后于其他主要粮食作物。近两年来，得益于GBS测序技术在燕麦中的成功应用，燕麦在分子标记开发以及高密度遗传图谱构建上取得了十足进展。基于此，本项目拟利用高通量GBS测序，对前期搜集的492份来自49个国家和地区的燕麦地方品种资源遗传多样性进行深入研究，同时采用GWAS分析方法，对燕麦产量相关的农性艺状，包括千粒重、主穗小穗数、有效穗数、株高、开花期、籽粒长度、籽粒宽度进行QTL检测和定位。这些研究结果将为燕麦种质资源保护与利用、燕麦分子育种奠定基础。

普通六倍体栽培燕麦是世界第六大粮食作物，也是我国农业生产的重要组成部分。然而，相比其它主要粮食作物，燕麦的种植面积持续下滑，最主要的原因是燕麦单产较低，因此培育高产优质燕麦品种是提升燕麦竞争力的关键。种质资源是育种的基础，因此对燕麦种质资源进行收集、评价和利用具有重要意义。本项目通过与加拿大基因资源库合作，从PGRC引进燕麦种质资源，构建了包含来自65个国家和地区的燕麦核心种质资源659份，并利用简化基因组测序技术开发标记，对该群体的遗传结构进行了深入分析，发现地中海燕麦、裸燕麦以及白燕麦之间存在一定的群体分化；同时对该群体的8个重要农艺性状进行了两年两点的调查，挖掘了一批目标性状优良的燕麦资源，能够用于燕麦品种选育；利用获得的127563个高质量SNP标记进行了全基因组关联分析，挖掘到93个与这8个农艺性状高度关联的分子标记。本项目研究结果不仅丰富了我国燕麦种质资源遗传多样性，还为燕麦种质资源收集、保护和利用提供了重要理论依据。同时通过系统筛选得到一批优异种质资源和SNP标记，为燕麦新品种选育奠定了基础。