牡丹萜烯生物合成途径关键基因内SNP的遗传效应解析

Tree peony is a woody fragrant plant native to China, in which the terpene compounds are the main components of its flower fragrance. However, the molecular genetic basis of terpene biosynthesis is weak in tree peony. To this end, we excavate key candidate genes for controlling the synthesis of terpene compounds by using transcriptomics, bioinformatics and molecular biology in tree peony. On the basis of the nucleotide sequences of all key genes, 20 unrelated individuals, selected from Paeonia suffruticosa Zhongyuan cultivar population, are subsequently used to perform the PCR amplification and full-length sequencing of all genes, and then investigate SNPs/haplotype diversity and linkage disequilibrium. The genotyping data of all Tag-SNPs in 150 individuals of P. suffruticosa Zhongyuan cultivar population are obtained by using Pyro-sequencing system. Combing the phenotyping data of terpenes floral traits, we use association mapping strategy to detect SNP markers/haplotypes that are significantly associated with target traits, and further analyze the genetic effects conferred by SNPs, and finally select combinations of excellent allelic. This project will not only provide theoretical basis and technical support for genetic regulation mechanisms underlying terpene biosynthesis of tree peony, but also lay an important theoretical foundation for floral gene marker assisted breeding.

牡丹是我国特有的木本花卉，花香浓郁，萜烯类化合物为其花香的主要成分，但有关牡丹萜烯类生物合成的分子遗传基础薄弱。为此，本项目利用转录组学、生物信息学和分子生物学的方法，挖掘控制牡丹萜烯类生物合成的关键候选基因；在此基础上，以关键候选基因为研究对象，设计特异扩增引物，以20个中原牡丹品种的DNA为模板进行PCR扩增和测序，发现SNP位点，分析候选基因在群体中SNPs/单体型多样性及基因内连锁不平衡水平；利用Pyro测序技术获得目标SNPs在150个牡丹品种群体中的基因型数据，结合萜烯类花香性状的表型数据，利用关联作图策略检测与目标性状显著关联的SNP标记/单体型，并进一步解析显著关联的SNP遗传效应，筛选优势位点组合体。该项目不仅为牡丹萜烯类生物合成途径的遗传调控研究提供理论基础与技术支持，而且为花香基因标记辅助育种奠定重要的理论基础。

牡丹是我国特有的木本花卉，花香浓郁，素有“国色天香”的美誉，具有重要的观赏和应用价值。萜烯类化合物为其花香的主要成分，但有关牡丹萜烯类生物合成的分子遗传基础薄弱。为此，本项目采用动态顶空套袋与气质联用技术（ATD-GC/MS）分析了牡丹品种花朵的挥发性成分，共鉴定到了128种挥发性成分，主要由萜烯类、醇类和酯类组成。根据其主要挥发成分的不同，将特征明显的品种划分为4种模式：草香型（罗勒烯）、木香型（长叶烯）、百合香型（芳樟醇）和果香型（2-乙基己醇）；并采用转录组测序技术探索了不同香味级别的牡丹萜类代谢物的分子机制，发现了萜类骨架生物合成途径中的8个关键基因（AACT、HMGR、PMK、DXS、DXR、HDS、HDR和GGPS），与淡香品种‘凤丹’相比，在浓香品种‘皇冠’中的表达水平均上调；且2个单萜合成酶基因LIS和MYS的转录丰度在‘皇冠’的花瓣中也相对较高，推测基因表达的差异导致牡丹香味的差异。同时，开发出499对SSR标记，其中136对具有多态性；利用MLM模型进行主要花香成分与SSR分子标记的关联分析，确定了18个SSR标记与5个花香成分的29个组合显著关联，其中与芳樟醇、月桂烯、邻苯二甲酸二正辛酯、长叶烯、环己酮显著关联的标记分别有14、12、1、1、1个，单标记解释率范围在4.57%-23.46%，平均解释率为7.82%。本研究为牡丹花香的改善提供了重要的基因资源，同时也为牡丹花香分子标记辅助育种等研究奠定理论基础。