芝麻素合成基因CYP81Q1的等位变异、表达及功能标记研究

Sesame is a conventional and special oil crops in China. As a special functional component in sesame, sesamin is vital to enhance sesame oil quality and adjust human physiological functionment. Sesamin research have became the hot research area in China and abroad. Identification of sesame resources with high sesamin content, developing and appling effective functional markers to molecular assistant selection in sesame quality breeding, have been exigent necessary in sesame improvement and sesame industry development. Basing on the population varied in sesamin content, this study aims to obtain the full sequence of sesamin synthase gene CYP81Q1 by homologous cloning, and investigate the gene expressing and regulation pattern by semi-quantitative RT-PCR. Furthermore, this study will get functional markers of sesamin content using gene-phenotype association analysis, then verify the markers by sesamin segregating population (F2), in expectation of establishing sesamin molecular breeding system. Therefore, the study will provide technique and key material support to discover the important economic potential genes and sesame breeding methodology innovation such as marker assisted selection.

芝麻是我国传统特色油料作物，芝麻素（sesamin）是芝麻中特有的功能性成分，具有提高芝麻油品质和调节人体多种生理功能作用。芝麻素的研究早已成为国内外研究热点。挖掘高芝麻素基因资源、开发有效功能标记用于高品质芝麻育种辅助选择已是芝麻育种改良和产品深加工等产业发展的迫切需要。本研究基于已发掘的芝麻素含量差异群体，利用同源克隆获取该群体芝麻素合成基因CYP81Q1全长序列；通过半定量RT-PCR研究芝麻素合成基因表达模式和调控机理。在此基础上，采用基因-表型关联分析方法获得芝麻素含量关联标记，进而利用芝麻素杂交分离群体验证并获取高芝麻素功能标记，以期形成芝麻素分子辅助育种体系。本研究将对芝麻重要经济潜能基因发掘、分子辅助育种等提供技术和关键材料支撑，具有重要理论和实际意义。

芝麻含有特有天然抗氧化极强物质—木酚素类（Lignins）化合物，该类成分对提高芝麻油品质和调节人体多种生理功能具有十分重要作用，提高芝麻作物芝麻素含量是目前芝麻产业最重要的科学关切。. 本研究基于已测芝麻基因组的数据，通过同源比对获得木酚素合成相关候选基因共13个，在12份高低木酚素材料中进行克隆、比对，筛选出在高低含量材料间存在较大变异的基因SIN_1007198，研究分析该基因的多样性；并在86份芝麻核心种质群体中进行候选基因SIN_1007198的序列多样性和连锁不平衡（LD）分析，通过SIN_1007198基因序列多样性与木酚素表型之间的关联分析，发掘与木酚素相关的等位变异。主要结果如下：.1、候选基因筛选：同源比对获得的13个候选基因分别在12份高、低极端材料中扩增发现，基因SIN_1007198在极端群体间的变异相对较为丰富，在高木酚素材料中获得SNP多态性位点38个，低木酚素材料中有20个SNP多态性位点，除去高/低木酚素材料中共同的SNP位点，共获得47个SNP多态性位点。其他12个基因，在12份高低木酚素材料中，没有发现一致性差异。因此选定该基因作为后续关联分析的候选基因。.2、群体构建及表型分析：从已构建的核心种质群体中，逐级挑选出86份代表种质作为本研究的群体，木酚素相关表型性状分析结果表明，供试群体芝麻素和芝麻酚林两种组分含量具有广泛变异。种子中芝麻素、芝麻酚林的含量和二者合计总量均符合正态分布，总量变异范围为1.59～9.59mg/g，变异系数24.66%，，芝麻素变异范围为0.77～8.12mg/g，变异系数27.07％，芝麻酚林变异范围为0.51～1.72mg/g，变异系数21.88％。.3、关联分析：通过关联分析共检测出58个SNPs和11个Indels位点，在这些多态性位点中有3个SNPs位点芝麻素含量关联，7个多态性位点与芝麻酚林含量关联，5个多态性位点与木酚素总量关联，在这5个位点中其中的3个位点同时也与芝麻素含量关联，位点贡献率大于5%。. 这些结果后续可以利用分离群体验证该功能标记，并对性状正向贡献的等位变异进行功能注释，以期为芝麻分子设计育种奠定重要基础。