条斑紫菜遗传连锁图谱的构建及主要经济性状QTL的定位

In recent years, Porphyra yezoensis industry desired improved varieties more and more urgently, because the cultivation scale was expanding, the cultivated varieties were degrading and the climate was warming. It would be of great significance to establish molecular marker-assisted selection (MAS) technique to make up or replace the traditional breeding techniques and to select more and better improved varieties for the cultivation of P. yezoensis. The construction of the genetic linkage map and QTL analysis of major ecomonic characters were indispensable. However, there was no successful reports of those studies in P. yezoensis published to date. This project will start from the technical difficulties encountered during the identification of the heterozygous filamentous sporophytes after the bisexual P. yezoensis blades of the wild-type and the pigmentation mutant were crossed. The color of the blades will be used as a genetic marker to assist the identification. The double haploid (DH) population will be established using the self-fertilization of the color-sectors cut from the mosaic F1 gametophytic blades by tetrad analysis. The genomic DNA of the DH population will be analysed by SSR and SRAP for the construction of the genetic linkage map. Meanwhile, the significant differences of the economic characters between the wild-type and the pigmentation mutant will contribute to the location of the QTLs of blades length, width and thickness. The achievements of this project will contribute to the practical application of MAS in the breeding of P. yezoensis and accelerate the progress.

随着条斑紫菜栽培规模扩大、栽培品种退化和全球气候变暖，该产业对良种的需求越来越迫切，建立快速高效的分子标记辅助育种技术以弥补或替代周期偏长、效率较低的传统育种技术，选育出更多更好的条斑紫菜良种应用于生产，具有很大的研究与应用价值。其中，遗传连锁图谱构建和主要经济性状QTL定位是一个重要环节。然而，国内外至今未见条斑紫菜相关研究的成功报道。本项目将从克服雌雄同体的条斑紫菜杂交后分离杂合丝状体的技术难点着手，利用颜色作为遗传标记，通过野生型和颜色突变型之间的杂交获得杂合丝状体，再从其颜色嵌合的F1叶状体上切取各色块藻体，利用自体受精特性建立DH群体。然后利用SSR和SRAP等分子标记对DH群体进行分析并构建遗传连锁图谱。同时，因颜色突变叶状体具有显著不同于野生型的经济性状，可进行长宽厚等性状QTL的定位。本项目成果对分子标记辅助育种技术在条斑紫菜育种中的应用以及加快其育种进程均具意义。

条斑紫菜（Pyropia yezoensis）是目前世界上最重要的海水养殖品种之一，但是遇到了良种数量少、种质退化及病害频发等问题，亟待通过高效的育种技术来解决。本项目从克服雌雄同体的条斑紫菜叶状体杂交后鉴定杂合体的技术难点着手，利用杂交亲本叶状体不同的颜色作为遗传标记，鉴定出野生型品系LS和红色突变型品系HT杂交的杂合丝状体。该杂合丝状体的F1代中有91.88%的嵌合叶状体，从3000多棵中筛选到57棵四个色块均正常发育的嵌合叶状体，获得了其中38棵嵌合叶状体上每个色块的纯合丝状体（152个），和另外19棵叶状体上部分色块的纯合丝状体（53个），组成了由205个双单倍体（doubled haploid，DH）组成的条斑紫菜DH群体。同时进行了遗传图谱构建所需分子标记的筛选等工作，利用基因组测序技术开发1253对微卫星分子标记（SSR），但经验证后发现在双亲间的多态比例很低；另外通过高通量测序法开发单核苷酸多态性分子标记（SNP），但遇到了质体基因组拷贝数过高而影响基因组标记开发的问题，最终采用相关序列扩增多态性分子标记（SRAP）对2个亲本（LS和HT）和148个DH株系的基因组进行标记分析，在LOD 3.0的情况下，QTL IciMapping 4.1软件将亲本间态且DH群体中呈1:1分离的44个标记中的36个分为3个连锁群，长度分别为96.79、169.83和670.37 cM，组成个连锁群的标记数分别为5个、9个和22个，标记间最短间距为9.39 cM、最长间距为59.18 cM、平均距离为26.03 cM。为了定位主要经济性状的QTL，对DH群体叶状体的6个性状进行统计和遗传分析，表明各性状均为数量性状，其中叶状体长度、宽度和湿重的遗传力较高，分别为58.17%、64.00%和57.64%，控制的基因对数分别为6.61、12.63和8.09对。结合条斑紫菜遗传图谱及6个数量性状的数据，定位了9个与性状相关的QTLs，其中各有1个QTL与叶状体长度、宽度和湿重及湿重生长率相关的、有2个QTLs与宽度生长率相关、有3个QTLs长度生长率相关。本项目通过条斑紫菜双单倍体群体，构建了条斑紫菜遗传连锁图谱，并对主要经济性状进行了QTL定位，本项目成果为条斑紫菜分子标记辅助育种奠定了基础。