楊梅全基因組測序和雌雄性別控制遺傳分析.pdf

1、楊梅是我國南方重要的商業(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)變機制還未得到闡述。為此本研究利用Illumina Hiseq2000和PacBio測序平臺對楊梅進行全基因組測序、從前期鳥槍法對全基因組

2、測序序列中開發(fā)SSR引物以及利用RAD-seq測序技術(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測序分析了荸薺雌花、荸薺突變雄花和雌雄同花間差異表達的miRNA。研究結(jié)果如下:
　　1)基于楊梅全基因組鳥槍法測序數(shù)據(jù)，開發(fā)了107對新的SSR標記，用于遺傳多樣性分析、品種鑒定和遺傳圖譜構(gòu)建。在測試的45份楊梅品系材料上，共擴增出828個等位基因，平均每個標記有8個等位基因。有效等位基

3、因數(shù)(Ne)范圍為1.22到10.41，平均為4.08。標記多態(tài)性信息含量范圍為0.13至0.89，平均為0.63。107對SSR標記在青楊梅和蠟楊梅的擴增率為96.2％和88.8％，在近緣種青楊梅和蠟楊梅通用性較高。共有78個位點在品種‘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，適于開展全基因組測序。
　　2)以水晶楊梅優(yōu)系‘Y2012-145’為材料對其進行全基因組測序，同時對根、莖、葉、花和果實進行轉(zhuǎn)錄組測序。測序結(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)測有29，414個基因，其中能注釋功能的有26，316個，占89.47％。楊梅全基因組共鑒定了13，432個基因家族，其中特有的家族962個。共鑒定出50條MADS-box基因家族，其中14條在花芽中大量表達。
　　3)利用RAD-seq測序原理，通過生物信息學(xué)分析

6、，在兩個親本‘荸薺’、‘東魁’和101個F1代個體中共檢測到8461個多態(tài)性SNP位點。經(jīng)過卡方檢驗后有4441個SNP標記符合孟德爾分離比率(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SNP和38個SSR標記，標記間平均距離為0.48cM。
　　4)利用84個SSR標記對來自6個省市的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份近緣種進行遺傳多樣性分析。鄰接法(Neighbour-joining)聚類分析結(jié)果將楊梅種與3個近緣種區(qū)分開，同時將楊梅雄株與雌株分開。STRUCTURE結(jié)果分析將213份楊梅材料劃分為兩個亞群: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一步劃分為4個群體:混合雄株群、混合性別群、浙江雄株群和東魁品種群。雌株種群可進一步劃分為荸薺品種群和粉紅品種群兩個群體。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比雄株群體的稍高，但沒有顯著差異。在95％置信度水平上，發(fā)現(xiàn)2個SSR位點ZJU062和ZJU130的Fst值（遺傳分化系數(shù)）為0.455和0.333，這兩個位點導(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的sRNA進行高通量測序和降解組測序。3個sRNA文庫中分別獲得測序數(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miRNA家族，以及預(yù)測出33條新的miRNA。5個保