马铃薯B3群体高密度SNP图谱构建与晚疫病抗性的全基因组关联分析

Late blight is the most devastating disease affecting potato production, control of late blight is the priority target in the aspect of potato production and disease resistance of potato breeding. Because potato is tetraploid, it is low efficient to screen new resistance resource by traditional methods, acquiring new resistance cultivars of potato is very labour intensive and time-consuming. With the development of modern molecular biology, molecular assisted selection (MAS) is an efficient approach to screen aim genes and cluster aim characters. In this study, we introduced the latest potato germplasm resource (B3 population), 380 individuals will be screening in the whole genome level by genotype by sequencing (GBS), and high density SNP map will be constructed on the tetraploid level. Genome-wide association study will be carried out through integrating late blight resistance evaluation data of B3 population from multiple year and locations in Yunnan. The single nucleotide polymorphisms (SNPs) which are correlated with late blight resistance will be selected and be used to functional molecular markers for potato breeding. Our research will provide technical support for potato late blight resistance breeding.

马铃薯晚疫病是马铃薯生产中最严重的病害，晚疫病防治是当前世界马铃薯生产和抗病育种优先考虑的目标。但栽培马铃薯是四倍体，常规方法对新抗源的筛选效率低下，培育新的抗病品种需要大规模的工作和长时间的筛选评价。现代分子生物学发展的分子标记辅助育种是筛选目标基因，聚合目的性状的有效手段。本研究引进国际马铃薯中心选育的最新种质资源（B3群体），利用全新的测序分型（Genotype by Sequencing ，GBS）技术对380份资源材料进行全基因组数据扫描，在四倍体水平上构建高密度遗传SNP图谱，结合B3群体在云南多年多点的晚疫病抗性评价，开展标记-性状的全基因组关联分析（Genome-Wide Association Study，GWAS），筛选晚疫病抗性相关的多态性位点，开发用于辅助育种的的功能性分子标记，为马铃薯晚疫病抗性育种提供技术支撑。

马铃薯晚疫病是马铃薯生产上的第一大病害，培育晚疫病持久抗性品种是现代马铃薯育种体系的焦点，挖掘广谱抗性基因是选育这类品种的前提。本项目以引自国际马铃薯中心晚疫病持久抗性群体（水平抗性群体包括B3群体）325份材料为研究对象，1）通过开展多年多点的田间晚疫病抗性评价试验结合晚疫病菌生理小种检测以及2年的室内抗性鉴定试验，筛选出24份具有较高抗性的材料，并且2份高抗晚疫病材料已完成多点试验，即将进行品种登记。除此之外，发现随着晚疫病菌的进化，水平抗性群体的晚疫病抗性逐渐丧失，而马铃薯野生种是重要的晚疫病抗性基因来源，通过田间和室内晚疫病抗性评价，鉴定到1份野生马铃薯资源具有晚疫病极端抗性，后续将对这份材料展开深入的研究；2）利用33,330,620个SNP位点构建了水平抗性群体高密度SNP图谱，平均每条染色体上有2,777,552个SNP位点，平均密度为45,566个SNP/Mb；群体分化较弱，Fst为0.02946，遗传距离Nei值为0.366，多态信息位点值为0.2746，K=10，没有明显的群体结构。表明水平抗性群体遗传背景较狭窄；3）通过全基因组关联分析（GWAS），获得82个晚疫病抗性显著性SNP位点，并关联到54个与晚疫病抗性相关的候选基因。对其中1个广谱抗性基因R8进行验证，发现325份材料中有112份材料（34.46%）含有该基因，表明该基因可能在水平抗性群体对晚疫病抗性发挥了重要的作用；结合秘鲁、中国云南和非洲埃塞俄比亚的田间晚疫病抗性评价结果，通过GWAS分析筛选出16个具有抗性的QTL分子标记，这些分子标记将有助于晚疫病抗性基因的挖掘。通过本项目的执行，发表研究论文3篇，其中SCI论文1篇，授权软件著作权1项。项目组成员1人晋升副研究员，1人入选云南省云岭产业技术领军人才；项目执行期间项目组成员新上项目2项。通过本项目的实施获得了一批高抗晚疫病的资源作为育种亲本或候选品种以及全基因组关联分析关联到的晚疫病抗性候选基因，为云南省高抗晚疫病育种和广谱抗性基因挖掘奠定材料基础和理论基础。