基于连锁与关联分析的绿豆抗旱相关基因发掘

Mungbean (Vigna radiate L.) is a major food legume crop in China. Drought is one of the most important limiting factors for the mungbean production. It is of great both theoretical and practical significance to study the genetic basis and to mine genes associated with drought tolerance. Our preliminary study indicated that Yinggelv is an elite drought tolerant line. A natural population and a Recombinant Inbred Lines (RILs) population from a cross between Yinggelv (drought tolerant) and VC2917 (drought sensitive) had been developed. In this project, we plan to evaluate drought resistance of natural population and RILs population in the bud, seedling and adult stages. To detect SNPs by GBS and construct a haplotype map for natural population and a high density genetics map for RILs population. Then, we will identify the gene/QTL in mungbean through association and linkage analysis. Finally, the joint linkage and association analysis will be implemented to identify the major gene/QTL for drought tolerance across genome-wide level. This project will be helpful for basic and applied research for genome analysis and crop drought resistant improvement in the mungbean.

绿豆是我国主要食用豆类作物，干旱是我国绿豆生产的主要制约因素之一。绿豆抗旱遗传研究与优异基因源的发掘具有重大的理论价值和实践意义。项目组前期对绿豆种质资源进行了抗旱性初步鉴定，构建了关联分析群体；利用抗旱种质（鹦哥绿）和敏感种质（VC2917）构建了高代重组自交系群体（F6）。本项目拟对分离群体、关联群体的株系进行芽期、苗期、全生育期的精细抗旱性表型和生理学鉴定评价；利用二代测序技术构建高密度遗传连锁图谱和单倍型图谱；通过连锁分析和关联分析挖掘绿豆抗旱相关QTL /基因；结合连锁分析和关联分析结果，明确绿豆大效应抗旱基因；针对优异等位变异开发可用于分子育种的功能分子标记。本项目的完成将在一定程度上阐明绿豆抗旱性分子机制，解决抗旱基因源缺乏的重大问题，为绿豆抗旱品种改良和分子标记辅助选择提供基础支撑。

绿豆不仅具有抗旱、耐瘠、适播期长、适应性广等特点，更因为其生育期短、并有固氮养地能力，是禾谷类作物、薯类作物的良好前茬，是补种、填闲和救荒的优良作物。但由于绿豆多种植于干旱、半干旱的内陆及丘陵地区，干旱缺水始终是我国乃至世界绿豆生产的主要限制因素之一。因此，开展绿豆抗旱遗传研究，发掘抗旱相关基因、鉴定其优异等位变异，为绿豆抗旱分子育种提供重要的基因或标记信息，对保障我国绿豆产业的可持续发展具有重要的理论意义和实践价值。本项目采用连锁分析和关联分析相结合的方法挖掘绿豆抗旱相关基因，取得如下主要结果：.1）构建绿豆遗传连锁图谱和高密度单倍型图谱。基于包含256个株系的F6代RIL群体，构建了包含312个SSR标记和1个形态标记的绿豆连锁遗传图谱。包含11个连锁群，图谱总长度为1010.18cM，标记间平均距离为3.23cM。完成了303份绿豆的全基因组重测序，构建了包含2,466,946个SNP，302,088个插入/缺失， 2,767个CNV的绿豆高密度单倍型图谱。.2）连锁分析定位抗旱相关位点。结合遗传连锁图谱和石家庄、北京两地的水旱处理的表型鉴定数据开展QTL定位，共检测到50个与株高、最大叶面积、生物量、叶片相对含水量和产量5个性状相关的QTL，表型贡献率位于2.86~29.45%之间。其中34个QTL在两个或2个以上处理中稳定检测。特别是位于第5连锁群的株高位点qPH5A和位于第5连锁群的最大叶面积位点qMLA2A在4个环境下稳定检测到。.3）全基因组关联分析鉴定抗旱相关位点。结合高密度单倍型图谱和303份绿豆种质资源在新疆和北京两地的田间抗旱实验结果，全基因组关联分析鉴定到502个与百粒重、小区产量、株高、分枝数、主茎节数、单株荚数、荚长、单荚粒数、单株粒数、生育日数、开花天数、结荚天数、单株产量和单株生物量相关的遗传位点。.4）项目成果。以项目为第一资助发表论文2篇，其中SCI1篇，授权专利1项，培养博士研究生1名。