基于RAD-seq技术的杉木基因组SNP标记筛选文献综述

 2022-04-07 11:04

引言

杉木是我国特有的常绿针叶树种,隶属杉科杉木属,树体高大、生长迅速、材质轻软、纹理致密、吸水性强、耐腐蚀少开裂,应用于建筑、桥梁、家具等方面,是重要的经济用材树种,也是山地速生丰产林营建的首选树种。

杉木主要分布于秦岭以南海拔2000m以下的丘陵和山地,跨越中国南方17个省份。其中,浙江南部、江西南部、福建北部是杉木的中心产区。

研究表明,受到地理环境影响和杂交、突变等因素的作用,杉木的生长、材质性状在种源内及种源间都存在着丰富的变异[[1]]。新妥教授[[2]]最早于1957年就开始杉木的种源试验,杉木的优树选择、杂交实验、子代测定、全分布优良家系和无性系测定等研究也随之开展,由此建立了大批的种子园、种质资源库和子代试验林。

随着杉木育种进程的加快,累积的遗传资源数量也在不断增加,杉木育种群体遗传多样性评价及管理等问题来愈发凸显。常规育种周期长,见效慢,而分子育种技术的发展,提高了遗传分析的准确性和选择的有效性,为精准评价遗传多样性提供了强有力的技术手段。由于杉木的遗传学研究基础尚且薄弱,缺乏基因组数据和高质量的分子标记,使得重要性状的遗传解析和育种工作的开展受到很大阻碍。简化基因组测序技术的出现极大降低了测序成本,为包括杉木在内的林木大规模分子标记开发和高密度遗传连锁图谱构建提供了有效的途径。

本研究拟以杉木第4代育种群体的233株精选株为研究对象,利用RAD简化基因组测序,筛选杉木基因组单核苷酸多态性 (SNP) 分子标记。旨在验证并筛选出高质量的SNP位点;阐释杉木第4代育种群体的遗传多样性;为后续杉木基因组选择提供基础。

1针叶树种育种研究概况

1.1针叶树种遗传改良模式

针叶树种的遗传改良以林木中存在的遗传多样性为基础,通过选择育种等方式改变性状的基因频率,以有性或无性的繁殖方式扩大生产,提供符合经济需求的林木制品。

林木育种按照不同的阶段可将林木资源分成基本群体、选择群体、育种群体和生产群体。基本群体指天然林、未经改良的人工林和谱系清楚的子代林;选择群体则是依据一定的标准从中筛选出的优良个体,育种群体是选择群体的全部或一部分;繁育群体则用于生产实践,创造经济价值。

依据针叶树种的种源试验的结果进行种子区划,为后续的良种选育提供基础:潘志刚[[3]]基于湿地松和火炬松的种源试验,筛选出遗传增益较高的优良种源并推广造林。当前我国已有20个针叶树种开展了主要分布区的种源试验。针叶树种的遗传改良以种子园为核心,围绕选择、遗传测定、区域设计等规划不断迭代发展,进而实现多世代遗传改良的目的,当前杉木已营建第四代育种群体。群体的遗传增益也随着种子园的迭代升级而增加,如挪威云杉和欧洲赤松1代种子园遗传增益为10%,子代测定结果显示2代种子园的遗传增益将提高到25%[[4]]。

1.2育种群体的遗传评价

随着测序技术的发展,分子标记被广泛应用于林木遗传改良。育种学者们通过高通量的分子标记,揭示林木遗传变异规律和重要性状的遗传机制,并在此基础上对林木资源进行评价、整理,以提高育种效率、缩短育种周期。分子标记技术的开展需建立在足够的基因组数据之上。尽管针叶树种的全基因组测序落后于阔叶树种,但最早的EST测序项目却是在针叶树种中开展的:北卡州立大学的研究人员于1998年就获得超过70,000条与火炬松木材形成相关的EST序列[[5]],随后海岸松、辐射松、北美云杉也相继开展了大规模EST测序。

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