紫花苜蓿重要产量和品质性状全基因组关联分析

Alfalfa is the most important legume forage crop in the world. Understanding the genetic basis of agronomic traits can facilitate alfalfa improvement. Most agronomic traits are quantitative traits controlled by many genes. Genetic dissection of those quantitative traits is difficult, especially for alfalfa, a heterozygous and autotetraploid species. With the development of genomics, genome-wide association mapping based on the linkage disequilibrium (LD) offers a new way for identification of loci underling target quantitative traits. A diverse panel of alfalfa core collection was used in this study.We are going to investigate phenotypic variation for the important yield and quality traits. We will also evaluate genetic diversity, population structure, and linkage disequilibrium (LD) level using gSSR and EST-SSR. By genome-wide association mapping, we expect to identify loci related to those agronomic traits and facilitate marker-assisted selection in alfalfa.

紫花苜蓿是世界上最重要的豆科牧草，紫花苜蓿品种的改良有赖于所掌握资源的数量和对其农艺性状遗传基础的了解与掌握程度。许多重要农艺性状多为数量性状，对其遗传基础的研究比较困难，特别是对杂合的、同源四倍体的紫花苜蓿。随着基因组学的发展，以连锁不平衡为基础的全基因组关联分析的出现为紫花苜蓿数量性状遗传的研究提供了新途径。本研究利用来自世界各地的紫花苜蓿核心种质，通过对重要产量和品质性状的表型鉴定，剖析性状的表型变异；利用来自于全基因组的gSSR和EST-SSR标记来分析其遗传多样性及群体结构，并探讨位点间连锁不平衡及其在基因组的分布情况；进行分子标记与表型性状关联分析，发掘与紫花苜蓿重要农艺性状显著关联的标记、等位位点，以期为紫花苜蓿分子标记辅助选择育种服务。

紫花苜蓿的许多重要农艺性状如产量、品质等多表现为复杂数量性状，是由多个基因和环境共同作用的结果，对其遗传基础的研究比较困难。项目以全世界范围内分布的336个紫花苜蓿基因型为研究材料，利用全基因组分布的SSR标记，开展群体结构、亲缘关系分析，并对6个重要性状开展全基因组关联分析。主要结果如下：1、利用高通量测序技术（RNA-Seq）共开发SSR标记527个，其中372个为多态性标记，并将313个定位在截形苜蓿的8条染色体上。2、利用85对全基因组分布的SSR标记对336个紫花苜蓿基因型进行分析，共检测到1075个等位基因，平均预期杂合度及多态信息含量分别为为0.677，0.638。第二、三、五条染色体上SSR标记揭示的遗传多样性较高，而第一条和第八条相对较低。地方品种和野生材料多样性均显著高于育成品中和栽培材料组。群体结构、PCA及NJ-tree结果显示，336个紫花苜蓿基因型可以分为两个群体，即中国及其他国家，而且中国的材料遗传多样性最丰富。3、对336个紫花苜蓿基因型产量等6个性状开展多环境评价，紫花苜蓿3个品质性状的广义遗传力均显著高于3个农艺性状，说明农艺性状比品质性状更易受到环境影响。6个性状均存在显著的基因型、环境及基因型环境互作效应。4、利用MLM模型对6个性状进行GWAS分析，发掘出m152_218、m257_212及m85_127对产量和株高同时为正调控，m303_233对产量和粗蛋白同时为正调控，m546_154、m561-228 及m561_216同时对粗蛋白及叶茎比为正调控，m561_216同时对粗蛋白及叶茎比为正调控而对ADF、NDF为负调控。这些标记及优异等位变异有希望开发成为有潜力、有价值的功能标记，加速紫花苜蓿高产优质牧草新品种的育种进程。