基于EST-SSR标记及种子含油特性的水黄皮种质资源研究

Millettia pinnata is a biodiesel tree with a good prospect in application. Before further plantation efforts and biodiesel production, evaluation and screening of germplasm resources are needed for this species. Previous research works on germplasm identification were mostly based on morphological traits, and there were only a few studies using dominant molecular markers. This study will identify the potential simple sequence repeats (SSRs) from the transcriptome dataset of M. pinnata with bioinformatics tools. A set of these EST-SSRs will be used for assessing genetic diversity of seed samples from extensive regions in India, Australia and China. Meanwhile, seed oil content and fatty acid composition will be determined for all samples. Based on the results from the above two aspects, we will generate a comprehensive evaluation of germplasm resources in these three countries. Lastly, we will perform correlation analysis between molecular data and morphological data to screen out EST-SSR markers significantly related to seed oil properties. This work will provide a solid foundation for future works on marker assisted selection and positional cloning of key genes for lipid metabolism in M. pinnata.

水黄皮是一种颇具开发应用前景的生物柴油树种。开展对现有水黄皮种质资源的评价、筛选研究，是其推广种植及制备生物柴油的基础。目前对水黄皮种质鉴定大多基于表型性状，只有少数几例采用显性分子标记的研究报道。本项目拟通过生物信息学方法挖掘水黄皮转录组序列中所有潜在的简单重复序列（SSR）位点，在广泛采集来自印度、澳大利亚和我国野生水黄皮种子样品的基础上，运用上述EST-SSR标记对其进行遗传多样性分析，并结合所有样品种子含油量及脂肪酸组成的测定结果，综合评价三个国家现存野生水黄皮种质资源状况。同时，本项目将通过对分子标记数据和表型性状数据进行相关性分析，筛选可有效鉴定水黄皮种子含油特性的EST-SSR标记，为后续的分子标记辅助选育工作及水黄皮中油脂代谢关键基因的定位克隆奠定基础。

水黄皮是一种具有良好的开发应用前景的豆科能源植物，其种子含油量较高，可用于制备生物柴油。我国现存的野生水黄皮种群主要分布于广东、广西、海南和台湾四省。利用各种分子生物学手段对水黄皮开展种质资源调查和功能基因挖掘等研究工作，不仅可以为其资源保护策略的制定提供依据，也将为其在分子育种方面的应用奠定基础。. 本项目一方面通过高通量测序得到水黄皮种子转录组数据集，据此数据集查找潜在微卫星（SSR）标记位点并经过实验验证从中筛选一批多态性位点，进而对来自广东、广西和海南的四个野生水黄皮种群进行遗传多样性研究；另一方面，对采集自四个野生种群的个体样品进行种子含油量及脂肪酸组成测定，同时还基于一部分栽培个体分析了水黄皮种子发育不同阶段的含油量及脂肪酸组成变化。. 本项目从水黄皮种子转录组中查找到5710个候选EST-SSR位点，挑选100个候选位点进行实验验证后筛选到35个多态性位点，这些位点的等位基因数在2到4之间，预期杂合度和观察杂合度的平均值分别为0.38和0.40，而多态性信息量平均值为0.31，整体而言高于该物种内已报道的其他类型分子标记的多态性信息量值。基于上述位点的分析结果表明，我国野生水黄皮种群遗传多样性水平普遍较低，不同地理分布的种群间未存在显著的遗传分化。同时，这几个种群内不同水黄皮植株个体的种子含油量在30%左右，个体间含油特性差异较小，而同一个体不同后代种子的含油特性亦存在差异。基于现有研究结果，未找到与某一含油特性显著相关的EST-SSR位点。此外，本项目还从水黄皮种子转录组数据集中查找到364个参与油脂代谢相关途径的基因转录本序列，并发现水黄皮种子在开花后第30周的含油量达到最大值。. 本项目开发了一批可有效应用于水黄皮遗传多样性研究的EST-SSR标记，初步探明了我国现存野生水黄皮种质的遗传多样性水平，为该物种资源保护策略的制定提供了依据；同时，也为水黄皮种子发育过程中油脂积累分子机制的理论研究以及分子育种方面的应用研究奠定了基础。