基于GBS技术的烟草青枯病抗病QTL定位及QTL区域的候选基因预测

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由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanecearum)所引起的烟草青枯病是烟草最严重的病害之一,该病的流行不仅导致烟草大面积减产,而且严重降低烟叶品质。选育具有青枯病抗性的烟草品种是解决这一问题的有效手段,而探测青枯病抗病数量基因座(Quantitative Trait Locus,QTL)并开发出与抗病相关的分子标记,可加速抗病品种的选育进程。尽管现阶段已有烟草青枯病抗病QTL的研究报道,但所构建遗传图谱的标记在基因组覆盖密度不足,影响了 QTL定位的准确性和分子标记辅助选择的应用。而采用简化基因组测序技术,可构建高密度遗传图谱,有利于准确的定位QTL和开发分子标记。据此,本研究采用青枯病抗病性强的烟草品种“大叶密合”与易感品种“长脖黄”建立的重组自交系(RIL)群体作材料,利用基于基因组简化测序的基因分型(Genotypingby sequencing,GBS)技术检测群体的多态性SNP,构建高密度遗传图谱,精准的定位烟草青枯病抗病QTL;最后通过QTL区间内的基因组序列信息,预测抗病相关候选基因。研究结果以期为解析烟草青枯病抗性遗传提供参考。主要研究工作及结果如下:1.建立了高密度烟草遗传图谱。利用GBS技术对“大叶密合”、“长脖黄”以及158个RIL株系进行简化基因组测序,在亲本间获得22,135个具有多态性SNP位点,在RIL群体间获得多态性SNP位点6,837个。根据基因分型数据,利用JoinMap 4.0软件构建遗传图谱,获得了一张包含3,719个SNPs的烟草遗传图谱,该遗传图谱包含24个连锁群,图谱总长度达到2,404.229 cM,连锁群的长度介于34.118~154.671 cM之间,连锁群上的标记个数目在51~358之间,图谱的平均标记密度达到了 0.742 cM/标记。2.开展了青枯病抗病性鉴定评价。2016和2017年连续两年田间种植“大叶密合”与“长脖黄”及RIL群体,利用青枯病分级法调查亲本及各株系的发病数据,计算出各材料的病情指数;所得结果进一步明确了“大叶密合”的青枯病抗病性较强、“长脖黄”的抗病性较弱;同时发现两年间RIL群体青枯病抗病性强弱的相关性并未达到显著水平,但青枯病抗病性遗传力为68.6%,表明烟草青枯病抗性由基因控制,但易受环境影响。3.定位了与青枯病抗病性相关的QTL。根据连续两年RIL株系的青枯病抗病性数据,结合构建的高密度遗传图谱,利用WinQTLCart 2.5软件的符合定位区间法(CIM)进行青枯病抗病性QTL的定位,以LOD=2.5作为筛选阈值,两年间共检测到18个与烟草青枯病抗性相关的QTLs。其中在2016年检测到10个QTLs,LOD值在2.56和11.4之间,表型解释率处于2.95%和15.8%之间;在2017年检测到9个抗性QTLs,LOD值在2.5和6.95之间,表型解释率处于2.55%和8.24%之间;两年共同检测到1个QTL,为位于连锁群17上的qBWR17b。4.预测了青枯病抗病QTL区域的候选基因。将SNP位点转换成参考基因组上的物理标记,进而识别出烟草青枯病抗病QTL区间内的基因序列信息,对QTL区间内的序列进行筛选,选取具有GO注释的功能基因,再利用富集分析法对GO注释基因进行分析;依据2016年和2017年检测QTL的区域序列信息,分别筛选出64个和43个注释功能基因。利用超几何分布对候选基因进行富集检验,发现2017年检测的QTL区域序列信息注释的功能基因中有两个达到显著富集,其基因功能注释分别是磷酸肌醇磷酸酶SAC2和类磷酸肌醇磷酸酶SAC2。这两个功能基因均参与了植物体的磷脂酰肌醇的生物合成过程,有研究表明磷脂酰肌醇与植物的抗逆性相关,推测这二个基因可能与烟草青枯病抗病性相关。
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