甘薯淀粉含量相关基因全长序列单核苷酸多态性分析

Sweet potato is an important food crop and bioenginery plant. The starch content of sweet potato widely planted in China is low, therefore it is urgent to mine biomarker associated with starch content and identify regulatory genes orchestrating starch synthesis. In our previous study, we found that starch content is governed by a major QTL using the hybrid separate populations of Luoshu 8 (starch content 35.1%) and Zhengshu 20 (starch content 11.4%) . In this project, we propose to unravel the transcripteomic regulation pattern of starch synthesis and identify key regulatory genes involved in starch synthesis; to mine biomarkers associated with starch content through the association analysis between starch content and the single nucleotide polymorphism of genes relative to starch synthesis. The prospective outcome of this proposal is to provide genetic clue for biomarker-assisted breeding and transgenic manipulation breeding of sweet potato.

甘薯是重要的块根类粮食作物和生物质能源植物，但我国宜种甘薯品种淀粉含量不高，因而开发淀粉含量相关分子标记、鉴定淀粉合成相关调控基因并应用于高淀粉甘薯育种非常重要。前期研究中，申请人利用漯薯8（淀粉含量35.1%）和郑薯20（淀粉含量11.4%）的杂交分离群体，发现甘薯淀粉含量由主效QTL控制。本项目拟以漯薯8和郑薯20及F1代分离群体为材料，通过F1代高淀粉池和低淀粉池的转录组分析，解析甘薯淀粉合成的转录调控特征，鉴定淀粉合成关键调控基因；通过对淀粉含量与淀粉合成相关基因多态性位点(SNPs)的关联分析，筛选淀粉含量相关分子标记，为甘薯分子标记辅助和转基因工程育种提供分子元件。

甘薯（Ipomoea batatas L.）是重要的块根类粮食作物，具有高产、稳定、耐贫瘠、适应性广的特性，适宜在丘陵山地种植。据联合国粮农组织（FAO，2016）统计，世界粮食生产中甘薯总产位列第七位。甘薯是我国第四大粮食作物，年均产量约1亿吨，占世界甘薯总产量的80%（张立明等 2012）。随着石油供给形势的日益严峻，生物质能源的开发和利用迫在眉睫。甘薯生物产量和淀粉产量高，是生产燃料乙醇的理想原料，已经成为主要的新型能源植物（张立明等 2012）。因此，高淀粉育种自然成为了国内外甘薯育种的主要目标。但是目前这方面的报道还比较少。基于此，我们有必要对甘薯薯块中淀粉合成规律进行研究，开发与淀粉含量相关的SNPs。我们的试验内容如下：.1、测定漯徐薯8号和郑薯20薯块发育期的淀粉含量，发现薯块淀粉含量随着时间的推移呈现略微上升的趋势。.2、依据薯块发育过程中淀粉含量的数据，我们在甘薯幼苗移栽后的第106天，每3小时（从早上6点到晚上9点）收集亲本漯徐薯8号和郑薯20贮藏根，利用qRT-PCR方法对淀粉代谢相关基因的表达进行分析。结果表明，IbAGPa，IbSS，IbGBSSI，IbSBEI，IbSBEII和Ibα-amylase从早上到晚上呈现先上调表达后下调表达的趋势，中午12点，淀粉合成有关的基因（IbAGPa，IbSS，IbGBSSI，IbSBEI和IbSBEII）的相对表达量最高，下午3点后出现淀粉降解相关基因（Ibα-amylase）的表达峰。.3、为了探究影响甘薯淀粉含量的遗传机理，我们选择了两个亲本（漯徐薯8号和郑薯20）及其杂交F1代中6个高淀粉的株系和6个低淀粉株系进行转录组测序分析，综合转录组的数据，qRT-PCR验证的数据和群体淀粉含量数据，我们推测在漯徐薯8号和郑薯20 的比较中甘薯薯块次生形成层的发育速度和淀粉合成的速度是影响薯块淀粉含量的主要原因。.4、依据转录组数据和群体的基因型数据，结合群体淀粉含量数据发现与高淀粉含量相关的2个SNP位点。.我们的研究结果为高淀粉甘薯的育种提供了理论基础。