基于香菇全基因组序列的遗传连锁图的构建和香菇重要农艺性状基因的定位

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香菇(Lentinula edodes(Berk.)Pegler.)在中国已有近千年的栽培历史。从20世纪70年代以来,随着代料栽培技术的发明和推广,中国香菇栽培规模迅速扩大。自1989年起,中国成为世界最大的香菇生产国和出口国,产量高达世界总产的80%左右。据中国食用菌协会统计,2011年中国香菇产量180万吨。随着香菇产业的快速发展,非常有必要深入地开展香菇遗传育种研究工作。香菇重要的经济性状如产量、抗病、子实体形状及数量等,多为数量性状,由多基因控制,易受环境影响。对于数量性状,目前比较常用的研究方法是对数量性状基因座(Quantitative traitlocus,QTL)进行定位分析,估计其遗传效应,并在此基础上开展分子标记辅助选择(Marker-assisted selection,MAS)或其它分子育种等研究工作。   本研究以香菇135菌株为材料,利用其46个孢子单核体构建了一张基于全基因组序列的香菇高密度SNP连锁图,并在该图上定位了有关香菇单核体菌丝性状的QTL。通过回交和测交方式,本研究构建了回交群体和测交群体等香菇双核体QTL定位群体,在所构建的SNP连锁图上,定位了香菇双核体菌丝生长速度及菇数、总产量和单菇鲜重等3个性状相关的QTL。主要研究结果如下:   1.香菇高密度SNP连锁图构建   本研究以香菇135菌株的2个原生质体单核体135A和135B以及46个孢子单核体为材料,通过solexa高通量测序获得基因组序列,对135A和135B进行了组装,组装后的基因组大小分别是37.9Mb和38.9Mb。以135A的基因组序列为参考序列,通过对135B和46个子代的基因组序列和筛选,将2253个SNP标记和2个交配型位点定位在香菇遗传连锁图中,图谱包括14个连锁群,总长度为1553.78cM,相邻SNP间平均距离为0.69eM。根据SNP所在的scaffold,将537条scaffold定位在14条连锁群上,scaffold总长度为23.96Mb,覆盖63.22%的香菇135A的基因组,物理长度和遗传距离之比为15.38kb/eM。本研究构建的香菇遗传图谱是基于全基因组序列的第一张香菇遗传连锁图,根据SNP可以追踪到对应的scaffold,为今后香菇数量性状位点的精细定位和分子标记辅助选择及其他遗传育种研究提供了一个基础平台。   2.香菇菌丝生长速度等性状QTL定位   本研究以香菇栽培菌株Q135的46个单核体为定位群体,在基于全基因组序列构建的香菇高密度SNP连锁图上,利用复合区间作图(CIM)方法,检测到19个控制单核体菌丝生长速度的QTL,其中5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃温度下分别检测到3、2、5、4、1、4个,QTL的贡献率在6.47%-59.42%之间,其中贡献率大于20%的有14个,占总数的73.68%。单核体菌丝生物量和色素浓度都检测到2个QTL,其中有3个贡献率超过20%。控制单核体25℃下菌丝生长速度的数量性状位点qMMGR-9定位在连锁群LG9上18.32cM处,长度为9.733cM,连锁标记有18个SNP位点。根据SNP标记位点上下游各200 bp序列,在NCBI网站通过在线BLAST程序搜索,发现30条同源性序列,包括14条推定蛋白基因序列和9条具体基因序列。利用4种双核体群体对控制双核体丝生长速度的QTL进行定位,共检测到到6个QTL,其中回交群中检测到3个,测交群体S和L以及SL群体都检测到一个QTL,这些QTL的方差贡献率在8.42%-35.45%之间,其中4个QTL贡献率超过20%。   3.香菇主要农艺性状QTL定位   利用3种双核体群体,对控制香菇的菇数、总产量和单菇鲜重的QTL进行检测,共检测到59个显著性QTL,分布在LG1-LG10及LG12等11条连锁群上,其中LG1上最多,有18个QTL,其次是LG2上和LG8上,各有8个QTL。这些QTL长度在0.3-48.4cM之间,方差贡献率在0.06%-85.59%之间,其中贡献率超过20%的主效QTL有17个,占总数的28.81%。加性效应在1.1507-433.1834之间,其中有34个QTL的增效基因来自亲本135PA,25个QTL的增效基因来自亲本135PB。绝大多数QTL呈现成簇分布的现象。回交群体菌株抗性和育性非常差,几乎没有获得农艺性状数据,无法用于QTL定位。   4.香菇杂交菌株的筛选   利用聚类分析和主成分分析,能够依据8个性状将97个香菇杂交菌株分为5大类群,各类群均具有不同于其他类群的特点:第1类群在单菇性状方面表现良好,如S089、S257、S209、S477、S309、S179、S123、L016等8个菌株,第2类群产量性状表现最好,如L482、S602、L277、L161等4个菌株,第3类群菇数和产量表现较好,其他性状居中,如L257、L172、L368、S190、L084、L057等6个菌株。
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