基于RAD-seq构建甜叶菊高密度遗传图谱及其关键基因定位

China is the biggest country in stevia leaf producing and exporting in the world, whereas, no new varieties fit for the farmer acquirement. This project will use segregated population between big leaf type and small leaf type for marker mapping. A large scale of SNPs will be screened by the high through sequencing technology based on RAD tags. Combined with the former work on EST-SSR and SRAP markers, the high density linkage map will be established in stevia. In multiple field trail, after collecting the agronomical traits and testing the glycoside composition in each block, Investigations to identify quantitative trait loci (QTLs) governing glycoside composition and agronomical traits will be conducted. Genetic effects, gene interaction and close linked markers of the main effect genes will be clarified. In the end, molecular identification of stevia with various glycoside composition by DNA markers will be conducted and MAS technique will be used in the breeding. This study will show the novel road to conduct the genetic improvement and molecular breeding in the special crops.

我国是世界上最大的甜叶菊生产国和出口国，有关甜菊重要农艺性状遗传分析以及改良仍很薄弱。本研究以甜叶菊大叶亲本和小叶亲本杂交产生F1分离群体为作图群体，利用基于高通量RAD-seq技术大规模地分离甜叶菊SNP分子标记；整合前期研究的EST-SSR和SRAP分子标记，构建高密度的甜菊遗传分子连锁图谱；通过多年份田间试验，开展群体的农艺性状考察，应用高效液相色谱(HPLC)的方法测定F1群体中各株系的各种甜菊糖甙成分的含量，采用复合区间法和基于混合线性模型的QTL定位法，来剖析数量性状基因座位(QTL)以及基因效应值和基因作用方式；发掘与甜菊产量和糖甙含量等关键性状有关的紧密连锁分子标记；最后建立甜菊糖甙含量材料的分子鉴定，同时尝试开展分子标记辅助育种技术。为特种经济作物的遗传改良和分子育种开辟一条道路。

甜菊糖是第三代糖源，应用前景广泛，新品种改良跟不上生产的需求。本研究以甜叶菊两个大叶亲本和两个小叶亲本分别杂交产生两个F1分离群体为作图群体，其中一个群体利用基于高通量RAD-seq技术大规模地分离甜叶菊SNP分子标记；采用GATK等软件进行群体SNP的检测，共开发出亲本多态性位点378,285个，并完成子代的基因分型；经过异常碱基检查、完整度过滤、偏分离标记过滤3个步骤，对检测的SNP标记筛选，构建了甜叶菊首个高密度遗传图谱。其中父本图总标记为2 521，遗传距离1 632cM，平均距离0.65cM，最大gap 9.34cM；母本图结果总标记为3 363，遗传距离1 367cM,平均距离0.41cM，最大gap 6.06cM；整合图谱连锁群标记5 839个，总遗传距离为1 921cM，平均距离为0.33cM，最大gap为9.35cM。最后再绘制相邻标记间连锁关系的热图，评价标记间连锁关系。对另一个群体，进行ISSR、SRAP和EST-SSR标记的分型研究和多态性数据分析，利用近红外光谱技术对F1群体的四种表型性状（甜菊甙、瑞鲍迪甙A、瑞鲍迪甙C和总糖甙）进行测定。选用ISSR引物对不同地区38份甜叶菊品系进行遗传多样性分析，构建聚类图。进行关联分析，找到5个位点与4种甜菊糖苷含量相关，与总糖甙和瑞鲍迪甙C含量相关的U856-425位点；与甜菊甙含量相关的U881-460位点；与瑞鲍迪甙A含量相关的U890-700和U885-230位点。发掘这些糖甙含量的紧密连锁分子标记为建立甜菊糖甙含量材料的分子鉴定，为甜菊的遗传改良和分子育种开辟新方向。