木本油料植物光皮梾木果实高产性状的全基因组选择育种策略研究

In order to preserve national grain and oil security and increase the quality of edible vegetable oil supply, China government put forward to accelerate the scientific research and industrial development of woody oil plants such as Cornus wisoniana and others (Issued No. 68, 2014 and No.1, 2017). After more than 30 years of research, the great progress has been achieved in plus tree selection breeding and cultivation of Cornus wisoniana, but it is the lack of basis research on the genetic improvement and molecular biology. This program will do research on molecular selection of breeding population in the collected germplasm resource bank with high yielding trait by genomic selection technology. SNPs markers will be developed for Cornus wisoniana by high-throughput sequencing. Pedigree of superior parents and their progenies will be reconstructed by SNPs marker. Genomic estimated breeding values of each parent could be achieved by genomic best linear unbiased prediction and Bayesian mixture model. By comparing with traditional BLUP, we could estimate the precision and efficiency of genomic selection. This project will provide the genetic information and basic data for further molecular breeding and directional genetic improvement of Cornus wisoniana. This will also provide a theoretical basis for shortening the breeding cycle of oil plants, reducing the cost of breeding and greatly increasing the genetic gain.

为维护国家粮油安全，增加优质食用植物油供给，国家提出加快光皮梾木等木本油料植物科学研究与产业发展（国办发〔2014〕68号和2017中央1号文件）。光皮梾木经过30多年研究，在优树选择和栽培等方面取得了较大进展，但有关光皮梾木遗传育种和分子生物学等基础研究较为缺乏。本项目拟采用全基因组选择技术（GS）对已经收集的光皮梾木种质资源库，针对果实高产性状的育种群体进行分子选择研究。通过高通量测序技术获得光皮梾木的SNPs分子标记；对具有高产性状的优良亲本和子代采用SNP标记进行谱系重建，通过GBLUP和贝叶斯混合模型构建，获得每个亲本的基因组估计育种值（GEBV）；同时与传统遗传估计（BLUP）进行比较，评估基因组选择的精度和效率。本项目的完成将为进一步开展光皮梾木的分子育种和定向遗传改提供遗传信息和基础数据，对缩短油料植物的育种周期、降低育种成本和大幅度提高遗传增益提供理论基础。

近20年来我国对油料的需求不断提高，食用植物油缺口不断扩大，对外依存度上升。2020年我国人均年食用油消费量为28.5千克，超过了2020年度世界人均食用油消费量。木本油料营养价值高并且具有保健作用，联合国粮农组织已将木本油料列为重点推广的健康型高级食用油。目前，我国食用植物油构成以大豆油、棕榈油和菜子油为主，木本植物油只占年总量的1.8%左右。木本油料产业是我国的传统产业，也是提供健康优质食用植物油的重要来源。我国是一个多山的国家，山区占国土面积的69％，其中约有2亿亩丘陵荒山可供种植木本油料或粮食。2013年12月，国家卫生和计划生育委员会批准光皮梾木果实油为我国的新食品原料。光皮梾木果油不仅可以作为高级食用油、绿化、而且具有显著的降胆固醇、减肥等药用和保健价值，光皮梾木是丘陵山区尤其是石漠化地区生态恢复中不可多得的生态经济型树种。本项目收集和保存了我国分布区内的光皮梾木种质资源、对光皮梾木进行全基因组测序、开发了光皮梾木EST-SSR和SNP分子标记以及亲本和子代的样本重测序，分析了光皮梾木种质资源遗传多样性、初步构建了光皮梾木核心种质、建立了光皮梾木高产性状的全基因组选择方法。采用液相色谱串联质谱，分析了光皮梾木高产与低产无性系的IAA、ABA、JA、SA等激素的含量以及不同发育时期差异代谢物种类。通过采用第三代高通量测序技术以及Hi-C技术，对光皮梾木的全基因组进行了测序，获得光皮梾木的基因组序列信息，并进行了基因组注释，包括光皮树基因组进行重复序列注释、基因注释 (包括基因结构预测和基因功能预测) 以及非编码 RNA 注释。同时实现了染色体挂载。本项目获得的光皮梾木全基因组测序数据以及EST-SSR、SNP分子标记数据对木本油料植物的系统进化理论研究、油料植物关键基因的发现、油料植物目标经济性状分子调控、分子育种、高产品种的应用开发均具有重要的意义。