四倍体杂交冰草超密度分子遗传连锁图谱构建及蛋白质含量和产量性状QTL定位

Crested wheatgrass has strong drought and cold resistance, which is the main forage of resowing and improvement of natural grassland in Inner Mongolia and establishment of artificial pasture, and also the important genetic resource of hybridization and improving of triticeae crops. Molecular genetic linkage map is the basis of gene location of important traits and molecular marker-assisted selection breeding, however, of which the study and application on forage is still lagging. Our research group has constructed a genetic linkage map of tetraploid hybrid wheatgrass, but the map had some gaps, of which the markers does not equally distribute on each linkage group, and the number of markers on this map is limited (the map density is 3.82 cM, with 766 markers). In order to improve the accuracy and practicality of genetic linkage map, we use individuals of F2 segregation population as mapping materials, and combine a large number of SNP markers detected by GBS method with existing SSR and AFLP, to construct a super-density genetic linkage map of tetraploid hybrid wheatgrass (more than 5000 markers, the map density ≤1cM), and identify the QTL of important traits for protein content and yield of crested wheatgrass. It has important theoretical value for fine mapping of excellent genes associated to quality trait and molecular marker-assisted selection breeding of crested wheatgrass .

冰草抗旱抗寒性很强，是内蒙古天然草地补播改良和人工草地建植的主要牧草，也是麦类作物品种杂交改良的重要基因资源。分子遗传连锁图谱是重要性状基因定位和分子标记辅助育种等研究的基础，而牧草在这方面的研究和应用还相对滞后。本课题组已利用SSR和AFLP两种分子标记构建了四倍体杂交冰草遗传连锁图谱，但图谱标记在各连锁群上的分布还不够均匀，存在空隙，且标记数量有限（图谱密度3.82cM，标记数目766个）。为提高图谱的精确性和实用性，本项目以前期研究获得的四倍体杂交冰草F2群体分离单株为作图材料，拟利用简化基因组高通量测序检测到的大量SNP标记与已有的SSR和AFLP标记相整合，构建含3种分子标记的四倍体杂交冰草超密度遗传连锁图谱（标记数目5000个以上，图谱密度≤1cM），并确定冰草重要性状蛋白质含量及产量的QTL 位点。这对深入开展冰草品质等优异基因精细定位及分子标记辅助育种具有重要理论指导价值。

冰草（Agropyron）为小麦族多年生密丛型禾本科牧草，其叶量大，草质好，富含蛋白质等营养成分，饲用价值高，在人工栽培年可刈割利用2～3次，是天然草场补播改良、人工草地建植的优良草种。本项目在前期研究的基础上，选取四倍体冰草F2群体中的150个分离单株为作图群体，进行简化基因组测序及SNP位点检测，将获得的SNP标记与前期和新扩增得到的AFLP、SSR、SRAP标记相整合，利用Joinmap4.0作图软件构建其超高密度遗传连锁图谱，并对单株鲜重和干重、粗蛋白含量等11个重要性状进行两年两点的性状观测，利用MapQTL4.0软件进行QTL定位，可为深入开展冰草产量、蛋白质含量等优异性状的QTL精细定位、功能基因图位克隆、分子标记育种等奠定基础。项目主要研究结果：1）对四倍体冰草F2分离单株及其亲本进行简化基因组高通量测序分析，经完整度及偏分离过滤，最终获得高质量且可用于遗传作图的SNP标记5035个。2）筛选出32对SRAP和10对SSR适宜引物。用这些引物对四倍体冰草150个F2分离单株及双亲的基因组DNA进行PCR扩增，分别得到753个SRAP和244个SSR多态性标记位点，其多态性比率分别为88.8%和92.4%。3）首次构建了一张包含四种标记类型，6784个标记、标记间平均距离仅为0.39cM的超高密度四倍体冰草遗传连锁图谱，其14个连锁群总长度为2650.89cM。这也是目前牧草领域中分子标记数最多、密度最高的遗传图谱。4）定位了控制单株鲜重和干重、粗蛋白含量等11个重要性状的QTLs 291个，其中稳定QTLs共39个，分布于除LG5外的其它13个连锁群上，平均每个连锁群上分布3个稳定QTLs，其遗传贡献率变幅为9.5%～25.0%。这些稳定QTL中的主效QTLs共有15个，其中控制单株鲜重3个（Qfwsp-3-1、Qfwsp-12-4和Qfwsp-14-6）、单株干重2个（Qdwsp-12-3和Qdwsp-14-5）、粗蛋白质含量2个（Qcpc-4-3和Qcpc-11-5）、粗脂肪含量1个（Qcfac-8-2）、粗纤维含量1个Qcfic-3-1，粗灰分含量1个（Qcac-2-2），水溶性碳水化合物含量1个（Qwscc-7-3），淀粉含量1个（Qsc-9-3），磷含量1个（Qpc-4-1），钙含量2个（Qcc-4-1和Qcc-12-3）。