柱花草木质素合成基因的序列变异及其与性状的关联分析

Stylosanthes is one of the most prospative leguminous forages in tropical and subtropical regions, while both lignin content and composition (syringyl and guaiacyl lignin content, syringyl lignin and guaiacyl lignin ratio) in Stylosanthes are the important factors affacting nutritive value and industrial application. Candidate gene association analysis, taking advantage of abundance natural varitions of a population, can brake through the limitations in linkage analysis and genetic backgruand and directly identify functional alleles closely related with variation of objective traits, and has become a effective technique about excellent alleles mining for complex quantitative traits. In this project, key genes controlling lignin content and composition will be cloned in a natural population containning 150 Stylosanthes varieties. These genes will be sequenced deeply and identified haplotypes and nucleotide polymorphism loci in natural population. Together with identification and evaluation of lignin-related traits in natural population, the excellent functional alleles causing variation of lignin content and composition will be mined based on candidate gene association anlysis. The effects of different allelic combinations of several different lignin-related genes on lignin-related traits will be evaluated. The functional markers will be developed based on the lignin-related excellent alleles. These will not only provide material information and technical support for Stylosanthes molecular breeding, but also provide the theory and practice basis on marker assisted selection in Stylosanthes breeding for low-lignin excellent varieties.

柱花草是我国南方热带地区重要的豆科牧草，而柱花草木质素含量和木质素组分（紫丁香基和愈创木基木质素含量、紫丁香基木质素/愈创木基木质素比例）是影响柱花草饲用价值和产业化应用的重要因素。以自然群体为基础的候选基因关联分析，能够突破连锁分析和遗传背景的局限，直接鉴定出与目标性状变异密切相关的功能变异，是复杂数量性状优异等位基因发掘的有效手段。本项目拟利用包含150份柱花草种质资源的自然群体，克隆控制柱花草木质素含量和木质素组分的关键基因，并通过深度测序鉴定出这些基因的单倍型和核酸多态性位点；结合自然群体中木质素相关性状的鉴定数据，采用候选基因关联分析方法，检测出与木质素相关的优异等位变异位点，并分析多个木质素相关基因型组合对木质素相关性状的影响；基于木质素相关优异等位变异位点开发功能标记，为柱花草分子育种提供材料信息和技术支持，为分子标记辅助选择培育低木质素柱花草品种提供理论及实践依据。

圭亚那柱花草为我国南方热带地区重要的豆科牧草，而柱花草木质素含量和木质素组分（紫丁香基和愈创木基木质素含量、紫丁香基木质素/愈创木基木质素比例）是影响圭亚那柱花草饲用价值和产业化应用的重要因素。本项目按计划于2017年正式启动，实施过程中对研究内容做了部分调整，根据项目任务书的要求利用硫代酸解法并结合气相色谱-质谱法完成100份圭亚那柱花草种质资源木质素相关性状的测定，结果表明不同圭亚那柱花草材料间总木质素含量和木质素单体含量都存在明显差异；对热研5号圭亚那柱花草进行基因组Survey分析表明圭亚那柱花草基因组大小约1.18Gb，重复序列比例约78.15%，杂合率约0.22%，基因组的GC含量约为39.64%，利用获得的基因组数据开发SSR标记32432对，从中随机选取210对进行验证，其中182（86.67%）对SSR引物可获得清晰条带；利用新开发的SSR标记对131份圭亚那柱花草种质资源进行了遗传群体结构分析，可将供试圭亚那柱花草材料划分为6个群体；通过关联分析，鉴定到与木质素相关性状的关联的SSR标记位点51个，其中RM207-1和RM302-1两个位点与G-木质素、H-木质素、S/G值、含水量和茎叶比均极显著关联（P<0.01），表型变异解释率在23.87%~64.55%。通过对不同木质化程度的茎节部位进行转录组测序，挖掘圭亚那柱花草木质素合成差异表达基因47个。以上结果为开展圭亚那柱花草木质素形成的遗传机理和分子机制提供了很好的物质和理论基础，为开展低木质化圭亚那柱花草新品种的分子育种提供了连锁标记。本项实施过程中发表科技论文2篇，授权发明专利1项，培养硕士毕业生1名。