鹅掌楸基因发掘与种质鉴定评价

Genotypical identification of important characteristics of forest genetic resources is of significant importance to explore potential uses of genetic resources. Liriodendron chinense is an important native plant in southern China with fiber and ornamental values. Many people hope to introduce it to northern China. But currently the genetic background of its cold resistance and other characteristics is not clear. And genetic relationships among populations and individuals are not studied. This study intends to find relative genes of cold resistance and employ SNP markers to survey the genetic diversity and patterns of variation of Liriodendron chinense and its relationships among populations and individuals within species. DNA will be extracted from samples taken from the natural range and the planted trees for SNP analysis. Based on the SNP markers analyses, a fingerprint library of the molecular markers will be constructed. The information generated from the genetic survey of SNP markers, will be used to understand the genetic diversity, genetic structure of planted populations, and attempts will be made to identify unique genes or frequencies of populations. Moreover, the SNP markers will be further used for genotypic identification of key phenotypes. There will be a great potential to apply the expected outputs from the project in genetypical identification of key phenotypes of the genetic resources.

对鹅掌楸保存种质资源以及鹅掌楸变异类型"北抗"鹅掌楸等进行采样，同步进行抗寒生理生化指标测定和多个表型性状调查测定，提取抗寒变异类型与极易受寒个体的RNA，进行转录组测序，进行比较和寻找抗寒通路，发掘相关的抗寒基因，进一步筛选SNP位点，在提取更多样品进行DNA测序基础上，寻找到足够区分鹅掌楸种质样品的有效SNP位点，建立鹅掌楸种内群体及变异类型的SNP指纹图谱库。将鹅掌楸种质资源关键表型性状、生理生化指标和SNP标记的基因频率建立关联分析，对人工保存种质资源进行综合评价，并研制鹅掌楸种质资源快速鉴定技术体系。在此基础上，揭示鹅掌楸种质资源的遗传多样性、遗传关系、评价鹅掌楸种质资源遗传保存效果和可靠性，提出鹅掌楸种质资源的安全保存与合理利用策略。

鹅掌楸分布于中国亚热带和越南北部的几个孤立的小种群中，但是其生长快，材质优良，是很有潜力的速生用材树种；鹅掌楸花大而美丽，形似郁金香，叶性奇特，宛如马褂，又称马褂木，近年来在园林绿化中很受欢迎，具有较高的观赏价值。鹅掌楸野生资源和种子产量有限且发芽率低，其已成为濒危物种，急需进行种质资源收集和保护。鹅掌楸种质变异较多，以往的研究报告多是针对野生群体，在无性系种质层面的报道较少，而无性系种质间的变异更微妙，通常的检测方法效果欠佳，因此需要开发更有效的分子标记和引物，以便对鹅掌楸种内无性系种质进行鉴定和评价。主要研究内容包括:（1）扩充了鹅掌楸的种质资源收集，新增鹅掌楸无性系种质109份并对其表型性状进行规范化描述；（2）鹅掌楸全基因组和叶绿体基因组变异位点发掘和引物设计，并开展鹅掌楸无性系种质资源多样性分析；（3）鹅掌楸抗寒种质基因发掘；（4）新品种选育和申报。通过上述研究，（1）编制并出版《鹅掌楸种质资源性状描述规范和数据标准》，为鹅掌楸种质资源的表型性状描述提出了规范化要求，有利于该树种种质资源描述和数据共享；（2）SSR和SNP标记高通量开发，通过该研究，使用新一代测序技术总共从2.84 GB基因组序列中分离出大量的SSR标记和SNP标记。并选取了多态性最高的标记引物组合，对109份鹅掌楸种质资源进行了的多态性检测，结果表明其鉴别能力很好，多样性明显，为检测鹅掌楸种质资源中的多态性提供了有价值的工具，未来可用于鹅掌楸进一步的遗传研究和育种计划；（3）选择最耐寒的大别山种源、最不耐寒的云南种源以及2个中间类型，进行低温梯度胁迫处理，测定其转录组通路表达差异，一共发掘了26个与抗寒有关的基因位点，并分析出其中可能起主导作用的基因2个：NAC基因 和 WRKY 基因，这为进一步的鹅掌楸抗逆性育种提供了可用的遗传信息；（4）选育出了一个具有观赏价值的鹅掌楸无性系品种，申报并通过了国家林业局植物新品种审查，新品种名称“金石”鹅掌楸。