龙须菜遗传连锁图谱的构建及其在育性控制研究中的应用

Gracilariopsis lemaneiformis is an important agarophyta. Agar has an important place in food, industry, medicine and bioengineering. The cultivation of Gp. lemaneiformis is greatly promoted because of the National Cultivar 981. The recent research of us revealed its special fertilization traits: hard to release spores and low releasing spore scale, which mean that 981 was attributed with low reproducibility contrary to that of the wild type tetrasporophyta. The aim of the study is based on the difference of fertilization between wild type and 981 to research on the response pattern of both the wild tetrasporophyta and the 981 cultivar during the development process, to illustrate the mechanism of fertilization traits of 981 cultivar. The high density genetic linkage map based on SNP markers will be built. Isolation groups in the trait of fertilization will be established from 981 cultivar. Fertilization trait location will be achieved which will set the foundation for map-based cloning of regulation related gene of fertilization. The study will provide evidence for the mechanism of control of fertilization of Gp. lemaneiformis, enriching the knowledge of mechanism of growth and development regulation of organism, and further guiding the selection of breeding both theoretically and practical.

龙须菜是重要的产琼胶海藻，琼胶在食品、工业、医药和生物工程中具有不可取代的地位。龙须菜的栽培发展历史得益于国家良种981，我们在近期的研究中却发现981特殊的生殖特性-不易放散和极低的四分孢子放散量，即981良种具有低育性，而野生龙须菜四分孢子体不具有低育晚育的特性。本研究旨在基于野生型和981良种在育性特点上的差异，通过对野生型和981良种在不同发育阶段细胞学、生理生化与基因转录水平变化的比较，揭示981良种与普通野生四分孢子体发育过程的机体响应规律，阐释龙须菜栽培良种981低育晚育的机理；采用SNP标记构建龙须菜的高密度遗传连锁图谱，利用981良种的低育晚育特性建立育性分离群体，实现低育晚育性状在连锁图谱上的定位，为育性控制相关基因的图位克隆奠定基础。本课题从理论上将为阐明龙须菜育性调控机理提供证据，丰富对生物生长与发育调控机理的认识，在应用中可为良种选育提供理论基础和技术指导。

龙须菜是重要的产琼胶海藻，作为栽培良种的981具有低育性，从而成为研究龙须菜发育控制难得的材料。.本研究首先构建981良种与野生四分孢子体发育模型，阐释981良种与普通野生四分孢子体发育过程的藻体响应规律，比较配子体和不同品系四分孢子体发育过程显微结构，根据对不同育性品系在不同发育阶段的表达谱分析，获得与龙须菜发育控制相关的基因，进一步根据基因的功能注释及权重基因共表达网络（WGCNA）分析结果，挑选若干候选基因进行功能验证；并根据研究过程的新发现进行了龙须菜基因组多倍化分析。. 研究确定了981和有野生四分孢子体放散四分孢子的最佳条件，发现温度和光照强度对四分孢子放散量有显著性影响；不同育性品系发育过程发生一系列生理变化且有差异，光合活性、羧化酶活性以及能量消耗的多少可能与龙须菜的育性高低相关；良种981在不同发育阶段相比对照的多种显微结构都发生了变化；对不同育性品系不同发育阶段表达谱分析，找到了与龙须菜的生殖细胞四分孢子形成相关的基因13个，与龙须菜生殖细胞的发育可能密切相关；WGCNA分析表明981品系在四分孢子成熟至放散过程里，无论是mRNA翻译的水平还是生物活性大分子的合成都没有ZC品系活跃；另外，细胞内调节维持细胞稳态的过程中，ZC表现较好；挑选可能与发育控制有关的D-乳酸脱氢酶（dld），谷氨酰胺合成酶（gln）和热激蛋白（hsp），对其上游与全基因序列测序分析；发现不同育性品系谷氨酰胺合成酶和热激蛋白表达水平存在差异，可能与两品系不同的育性表现相关；hsp可能与藻体表面伤口的修复相关，gln可能与四分孢子囊形成相关。通过2b-RAD和RAD简化基因组测序技术及全基因组重测序技术共三种技术手段开发SNP分子标记，发现了高比例的杂合位点。采用二代和三代测序技术针对基因区的SNPs所构成的单倍型分析结果显示4种单倍型的情况更为可靠，推测龙须菜配子体可能是四倍体。