甘薯及其近缘野生种间体细胞杂种的转录组分析及抗旱相关基因克隆

Sweetpotato is an important food, feed, industrial materials and new-type energy root crop. The current shortage of water resources has become more and more serious and causes the aggravating degree of drought, which causing huge losses to the sweetpotato production. At present, the breeding of new drought-resistant varieties of sweetpotato is one of the main ways of coping with drought. The interspecific sexual cross-incompatibility between sweetpotato and its wild relatives was successfully overcome by somatic hybridization, and some somatic hybrids which integrated beneficial traits from both sweetpotato and wild relatives had been obtained successfully. Sweetpotato drought-resistant somatic hybrid KT1 which obtained from our previous study will be used as material in this project, and transcriptome sequencing technology will be applied to construct the different transcriptome expression profile using KT1 and its parents before and after drought treatment. The differentially expressed genes will be annotated and functional classified, then the regulatory network of drought resistance gene in sweetpotato will be preliminarily discussed. Furthermore, some SSR markers will be developed, and the important sweetpotato drought-related genes will be cloned and verified by RNA interference and over expression genetic transformation. This research not only lay the foundation for understanding the molecular mechanism of drought resistance of sweetpotato somatic hybrids, but also provides a new idea and method for further study of sweetpotato somatic hybrids.

甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料及新型能源用块根作物，当前水资源短缺现象的日趋严重导致了干旱程度的加重，对甘薯的生产造成巨大的损失。目前，选用抗旱甘薯新品种是应对干旱逆境的主要途径之一，采用体细胞杂交法克服了甘薯与其近缘野生种的种间有性杂交不亲和障碍，成功获得了兼具有野生种有益特性和栽培种优良性状的甘薯体细胞杂种。本项目拟利用申请者前期创制的抗旱甘薯体细胞杂种KT1为材料，应用转录组测序技术，构建KT1及其亲本干旱胁迫前后的转录组差异表达谱，对差异表达的基因进行诠释和功能分类，初步探讨甘薯抗旱基因的调控网络，进而开发SSR标记并克隆出重要的甘薯抗旱相关基因，通过RNA干扰和过表达遗传转化对所克隆基因进行功能验证。本研究不仅为阐明甘薯体细胞杂种的抗旱分子机理奠定基础，还为甘薯体细胞杂种的进一步研究提供了新的思路和方法。

甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料及新型能源用块根作物，当前水资源短缺现象的日趋严重导致了干旱程度的加重，对甘薯的生产造成巨大的损失，研究甘薯的抗旱分子机理并选育抗旱甘薯新品种具有十分重要的意义。之前，我们采用体细胞杂交法获得了兼具有野生种抗旱特性和栽培种优良性状的甘薯体细胞杂种KT1，本项目利用KT1及其两个亲本高系14号和I.triloba为研究材料，完成了对三个材料干旱胁迫前后材料的转录组测序及生物信息学分析等工作。基于基因在不同样品中的表达量，筛选得到差异表达基因，并对其进行了功能注释与富集分析。.去除在所有样本中普遍低表达的基因，共筛选出22 412个Unigene进行了差异基因WGCNA分析，从构建的30个模块中选择了基因表达模式相符的cyan和light yellow等模块作为后续筛选抗旱相关候选基因的重点模块。在这些模块中挑选了连接度较高的，而且在基因表达趋势或功能上可能与抗旱相关的基因，利用qRT-PCR方法对其进行了干旱胁迫表达验证，从中挑选c85090.graph_c0和 c87349.graph_c0两个基因进行了基因克隆，进一步对其进行了序列分析、表达分析、亚细胞定位、遗传转化与功能鉴定，综合分析结果表明两个基因均与抗旱有关。同时，从中挑选并克隆了其中两个连接度较高的功能注释与抗旱相关的基因ABI-like和Ca2+-ATPase，对其功能及与其他植物同源基因的进化关系进行了分析。这些研究为甘薯体细胞杂种KT1及其亲本的抗旱分子机制提供了新的注释。.对从转录组测序数据中获得的105 959条Unigene中大于等于1 000 bp的FASTA序列进行搜索，共找到12 105个SSR位点。从中筛选设计了200对SSR引物在KT1及其亲本中筛选验证，其中119对引物扩增出的条带清晰可读、多态性较好，进一步从中选择了20对多态性较好的引物，对来自不同地区的94份甘薯种质资源进行了群体聚类分析。聚类分析把94份实验材料分为3个亚群，较清晰地区分了不同材料之间的遗传相似性。这些基于甘薯转录组测序开发的SSR标记为甘薯的遗传多样性分析、辅助育种和遗传图谱构建等研究的开展提供了更加丰富的候选标记。