楊梅全基因組測(cè)序和雌雄性別控制遺傳分析.pdf

1、楊梅是我國(guó)南方重要的商業(yè)化種植的亞熱帶水果，擁有豐富的楊梅種質(zhì)資源。由于基因組信息匱乏，楊梅相關(guān)分子生物學(xué)研究起步較晚，現(xiàn)主要集中在果實(shí)品質(zhì)和雌株栽培品種間遺傳多樣性研究。栽培楊梅為二倍體(2n=16)雌雄異株植物，有關(guān)雄株遺傳多樣性、雌雄性別分化研究較少。在生產(chǎn)中偶爾出現(xiàn)雌花突變?yōu)樾刍ìF(xiàn)象，但是其轉(zhuǎn)變機(jī)制還未得到闡述。為此本研究利用Illumina Hiseq2000和PacBio測(cè)序平臺(tái)對(duì)楊梅進(jìn)行全基因組測(cè)序、從前期鳥(niǎo)槍法對(duì)全基因組

2、測(cè)序序列中開(kāi)發(fā)SSR引物以及利用RAD-seq測(cè)序技術(shù)構(gòu)建了楊梅高密度遺傳連鎖圖譜;分析了雌、雄品系群體間的遺傳群體結(jié)構(gòu)、利用small RNA測(cè)序分析了荸薺雌花、荸薺突變雄花和雌雄同花間差異表達(dá)的miRNA。研究結(jié)果如下:
　　1)基于楊梅全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)了107對(duì)新的SSR標(biāo)記，用于遺傳多樣性分析、品種鑒定和遺傳圖譜構(gòu)建。在測(cè)試的45份楊梅品系材料上，共擴(kuò)增出828個(gè)等位基因，平均每個(gè)標(biāo)記有8個(gè)等位基因。有效等位基

3、因數(shù)(Ne)范圍為1.22到10.41，平均為4.08。標(biāo)記多態(tài)性信息含量范圍為0.13至0.89，平均為0.63。107對(duì)SSR標(biāo)記在青楊梅和蠟楊梅的擴(kuò)增率為96.2％和88.8％，在近緣種青楊梅和蠟楊梅通用性較高。共有78個(gè)位點(diǎn)在品種‘荸薺’或者‘東魁’為雜合狀態(tài)，可選用于構(gòu)建‘荸薺’x‘東魁’的遺傳連鎖圖譜。利用鄰接法分析了45份楊梅材料的親緣關(guān)系，鑒定優(yōu)選單株‘Y2010-70’和‘Y2012-145’為楊梅新品系，以及無(wú)性系材

4、料‘Y2012-140’審定為新品種‘夏至紅’?！甕2012-145’的純合度較高，適于開(kāi)展全基因組測(cè)序。
　　2)以水晶楊梅優(yōu)系‘Y2012-145’為材料對(duì)其進(jìn)行全基因組測(cè)序，同時(shí)對(duì)根、莖、葉、花和果實(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。測(cè)序結(jié)果顯示楊梅基因組大小為322.7Mb，基因組組裝得到962條scaffold和2939條contig(＞2k)，scaffold N50和contig N50長(zhǎng)度分別為:635.18kb和192.56kb，

5、平均GC含量為36.9％，平均覆蓋深度達(dá)到300X以上。楊梅基因組的重復(fù)序列大小為110Mb，占拼接基因組的35.4％，其中轉(zhuǎn)座因子占重復(fù)序列的95.6％。楊梅基因組預(yù)測(cè)有29，414個(gè)基因，其中能注釋功能的有26，316個(gè)，占89.47％。楊梅全基因組共鑒定了13，432個(gè)基因家族，其中特有的家族962個(gè)。共鑒定出50條MADS-box基因家族，其中14條在花芽中大量表達(dá)。
　　3)利用RAD-seq測(cè)序原理，通過(guò)生物信息學(xué)分析

6、，在兩個(gè)親本‘荸薺’、‘東魁’和101個(gè)F1代個(gè)體中共檢測(cè)到8461個(gè)多態(tài)性SNP位點(diǎn)。經(jīng)過(guò)卡方檢驗(yàn)后有4441個(gè)SNP標(biāo)記符合孟德?tīng)柗蛛x比率(P＜0.05)，利用JoinMap4.1作圖軟件構(gòu)建楊梅高密度遺傳連鎖圖譜，包含8條連鎖群，總遺傳距離為563.01cM，有1132個(gè)SNP和38個(gè)SSR標(biāo)記，標(biāo)記間平均距離為0.48cM。
　　4)利用84個(gè)SSR標(biāo)記對(duì)來(lái)自6個(gè)省市的213份楊梅材料（包括99份雄株113份雌株以及1份雌

7、雄同株材料）和3份近緣種進(jìn)行遺傳多樣性分析。鄰接法(Neighbour-joining)聚類(lèi)分析結(jié)果將楊梅種與3個(gè)近緣種區(qū)分開(kāi)，同時(shí)將楊梅雄株與雌株分開(kāi)。STRUCTURE結(jié)果分析將213份楊梅材料劃分為兩個(gè)亞群:雄株為主種群（98份）、雌株為主種群(80份)。二次群體結(jié)構(gòu)分析可將雄株為主種群進(jìn)一步劃分為4個(gè)群體:混合雄株群、混合性別群、浙江雄株群和東魁品種群。雌株種群可進(jìn)一步劃分為荸薺品種群和粉紅品種群兩個(gè)群體。浙江省楊梅具有廣泛的遺

8、傳多樣性，‘荸薺’、‘東魁’和‘粉紅’品種分別被劃分到不同的品種群中，筆者推斷浙江省是楊梅栽培起源中心。雌株群體遺傳多樣性指標(biāo)比雄株群體的稍高，但沒(méi)有顯著差異。在95％置信度水平上，發(fā)現(xiàn)2個(gè)SSR位點(diǎn)ZJU062和ZJU130的Fst值（遺傳分化系數(shù)）為0.455和0.333，這兩個(gè)位點(diǎn)導(dǎo)致雌雄性別群體的遺傳結(jié)構(gòu)分離，因此推斷ZJU062和ZJU130與性別相關(guān)。ZJU062和ZJU130分別定為于LG5的scaffold_1004和L

9、G2的scaffold_91上。本研究為楊梅雌雄株遺傳多樣性研究提供基礎(chǔ)同時(shí)也為性別控制基因組位置和楊梅育種提供相關(guān)參考信息。
　　5)對(duì)楊梅品種‘荸薺’的雌花、‘荸薺’突變的雄花和雌雄同株花序中表達(dá)的sRNA進(jìn)行高通量測(cè)序和降解組測(cè)序。3個(gè)sRNA文庫(kù)中分別獲得測(cè)序數(shù)量為12104480條，12242575條和11911476條。共鑒定出194條保守的miRNA，隸屬于32個(gè)miRNA家族，以及預(yù)測(cè)出33條新的miRNA。5個(gè)保