芝麻开花节节高——SLAF构建密度最高的芝麻图谱

中文名称：芝麻高密度遗传图谱构建及基部分枝和每叶腋花性状定位

英文名称：High-Density Genetic Map Construction and Gene Mapping of Basal Branching Habit and Flowers per Leaf Axil in Sesame

研究物种：芝麻

发表杂质：Frontiers in Plant Science

IF：4.298

研究背景

芝麻是国内最古老的油料作物之一。被称为油籽女王。然而由于产量低、种子粉碎和高体力劳动要求，其生产和发展受到限制。目前，芝麻主要种植在亚洲，非洲和拉丁美洲的热带和亚热带地区，2010年至2014年，全球收获芝麻的面积是8.1X10⁶公顷，总产量4.67X10⁶公吨，大多数种植在发展中国家或者不发达国家，并且几乎全部使用人工收获。因此迫切需要发展具有高产潜力、对生物和非生物胁迫有抗性或耐受性的新品种，并增强适应机械化收获的农艺性状。

分枝习性是植物结构最重要的组成部分之一，在许多植物包括芝麻的产量和栽培实践中起着重要的作用。芝麻品种和种质资源中的分枝模式存在显著差异。野生物种分枝很多，而地方品种和现代物种中只有少数分枝或者没有分枝。每叶腋花数是芝麻产量的另一个重要贡献者，花数量越多的植物可能有更多的种子。在芝麻中，每个叶腋上有一个或者多个（通常是三个）花朵。当一个花朵产生时，两个侧原基分化成蜜腺。以前的研究表明，分枝习性和每叶腋花数的遗传是由单基因控制的，但是遗传基础一直没有研究清楚。

材料和方法

群体类型：BC1。

群体大小：选取2个亲本及150个子代。

母本和轮回亲本：yuzhi4，不分枝，每叶腋三花。

父本：孟加拉小种子（简称BS），多个基部分枝，每叶腋生单花，种子小，木薯苷含量高，比yuzhi4开花晚。

对每株植物记性分枝数量和叶腋花数进行统计，随机选择150个BC1个体进行分型和图谱构建。

DNA提取方法：CTAB法

测序策略：Illumina HiSeq 2000

研究结果

1、SLAF标签开发：测序得到71.15 Gb数据量， 355.78 M双端reads，GC含量为39.56，Q30为87.14%。经过筛选获得230,620高质量SLAF（母本208,378个，父本196,862个），母本和父本的测序深度分别为41.91x和37.70x。子代平均SLAF标签数为149,794个，平均深度为10.23x（表1）。

表1 SLAF标签统计

2、多态性SLAF标签为42,115个，多态比率为18.26%。根据基因型编码规则对亲本和子代进行编码分型，42,115个多态SLAF中有36,592个能成功分型成八种分离模式（abxcd, efxeg, hkxhk,lmxll, nnxnp, aaxbb, abxcc, 和ccxab）（图1）。过滤掉亲本杂合的标签，剩余29,980个aaxbb标签进行连锁分析。

图1 各类型SLAF标签分布统计图

3、图谱构建：使用29,980个SLAF标签构建图谱，构建了芝麻13条连锁群，包含9,378个SLAF标签，图距为1,974.23cM，平均图距为0.22cM。连锁群长度范围从96.02（LG4）到205.97（LG12）之间，平均每个连锁群151.86cM，每个连锁群上的SLAF标签数量从497（LG6）到1,196（LG12）之间，平均每个连锁群721个标签。有三个超过10cM的大gap，分别位于LG3 (10.47 cM)， LG8 (11.29 cM) 和LG13(10.17 cM)上（表2、图2）。

表2 遗传图信息统计

图2 遗传连锁图

4、分枝习性和叶腋花数的QTL/基因定位：yuzhi4是不分枝，每叶腋三花的品种，而BS具有多个分枝，并且每叶腋单花的品种。F1代植株表现分枝并且每叶腋单花的性状，证实了单花至三花和分枝至无分枝的基因作用的主要性质（图3）。

图3 亲本及F1的性状表现

150个BC1植株的分枝数分布范围为0-8（图4）。利用IciMapping4.1的ICIM-ADD模型进行QTL定位分析。在LG5上的2.5cM处定位到一个LOD值为50.27的主效QTL，（命名为qBH-LG5），与 Marker41538 和Marker31462相邻，置信区间为1.75cM-2.75cM，贡献率为78.64%（图5）。如果植株分枝数小于等于2定义为不分枝，大于等于3定义为分枝，BC1群体的分枝和不分枝数分别为76和74，卡方检验符合1:1的比例，表明分枝习性有单基因控制（命名为SiBH）。有趣的是，通过连锁分析，将SiBH基因定位到LG5的2.35cM处，其位置几乎与qBH-LG5的位置相同。发现三个标记（Marker129539，Marker41538和Marker31462）是紧密连锁的。其中marker41538与SiBH共分离，侧翼区Marker129539和Marker31462的遗传距离分别为0.68和0.22cM（图6A）。 对于每叶腋花数，150个BC1个体中的85个显示单花，65个显示每腋三花（卡方检验1:1的比例），这证明每叶腋花数由一个单基因（命名为SiFA）控制。在高密度图谱中，SiFA基因定位到LG11的128.56cM出，发现三个标记（Marker58311，Marker34507和Marker36337）紧密相连。其中，marker34507与SiFA共分离，侧翼区Marker58311和Marker36337的遗传距离分别为0.26和0.64 cM（图6B）。

图4 150个BC1群体的分支性状分布

图5 分枝性状QTL定位

图6 分枝和每叶腋花数定位

文章亮点

利用SLAF标签成功构建了芝麻高密度遗传连锁图谱，连锁群数量和芝麻染色体条数相一致，并且gap少，gap小，是密度最高的芝麻图谱，并进行了分枝性状和每叶腋花数的QTL定位，分别定位到三个与性状连锁的标签，为进一步的分子标记辅助育种和基因的图位克隆、精细定位研究提供有用的信息，同时也为芝麻遗传图谱的构建提供了一个参考图谱。

参看文献

Hongxian Mei, Yanyang Liu, Zhenwei Du, et al.High-Density Genetic Map Construction and Gene Mapping of Basal Branching Habit and Flowers per Leaf Axil in Sesame[J].Frontiers in Plant Science,2017,4.

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