摘要
森林是陆地生态系统的主体，在人类的生态文明建设、经济发展和环境保护等方面发挥着重要作用。我国森林覆盖率低，国家木材战略储备工作和林木育种工程面临挑战。传统的杂交育种虽取得了显著成效，但是林木遗传杂合度高、生命周期长且经济性状多为数量性状等原因使得传统林木遗传改良进展缓慢。并且，早期的林木遗传改良主要关注木材产量而忽略了林木适应性和抗性。因此，深入研究林木适应性和抗性的生物学基础，解析其遗传基础，有助于有效管理和利用森林资源、加快林木遗传改良的进程。本论文以巨桉(Eucalyptus grandis)和细叶桉(E. tereticornis)天然群体子代苗建立的大田试验林为材料，基于全基因组低密度的简单序列重复(Simple sequence repeat, SSR)标记，检测了巨桉和细叶桉适应性和抗枝瘿姬小蜂(Leptocybe invasa)关联的基因组位点；通过转录组分析，发现了一批与枝瘿姬小蜂抗性相关的候选基因；对其中 1 个候选基因与枝瘿姬小蜂抗性的关联分析表明，存在显著影响枝瘿姬小蜂抗性的等位变异；探索了适应性和抗性的标记辅助选择的可行性。 主要研究内容如下： (1)巨桉天然群体遗传多样性和受选择位点。参试材料为巨桉16个群体的159株样品(1株子代苗/自由授粉家系)，参试标记为覆盖巨桉全基因组的110个SSR位点(包括45个基因组SSRs和65个EST-SSRs)。31个中性的基因组SSRs揭示了较高水平的群体多样性，HE = 0.744，AR = 4.929；群体间分化水平较低，平均FST=0.037，分子方差分析中群体间方差分量仅占3.7 %、遗传变异主要存在于群体内。所有110个位点中，共检测到58个FST值异常位点；线性回归分析验证了3个等位片段与气候因子(Embra180-120 bp与年均温、EUCeSSR0755-276 bp与年均温和等温性)的显著线性回归(P＜0.05)。这对理解多年生林木适应气候的遗传基础和巨桉种质资源的保存和利用具有重要作用。 (2)细叶桉天然群体遗传多样性和受选择位点。参试材料为细叶桉9个群体的77株样品(1株子代苗/自由授粉家系)，参试标记为覆盖巨桉全基因组的108个SSR位点(包括44个基因组SSRs和64个EST-SSRs)。25个中性的基因组SSRs揭示了较高的群体多态性，HE = 0.800，AR = 3.246；群体间分化水平较低，平均FST = 0.012，分子方差分析中群体间方差分量仅占1.2 %、遗传变异主要存在于群体内。所有位点中，检测到78个FST值异常位点；线性回归分析验证了1个等位片段(EUCeSSR485-140 bp)与季节性降水变异系数的回归显著性(P＜0.05)。 (3)巨桉枝瘿姬小蜂抗性关联的SSR标记及其在细叶桉中的验证。利用已经发表的、覆盖巨桉全基因组的816个SSR标记，通过PCR优化以及对8株高抗和8株高感基因池的筛选，得到在两类基因池中等位频率差异较大的87个SSR标记用于16个群体470株巨桉的关联分析。得到了与抗性关联的7个SSR位点，对表型变异的解释率为3.3% ~ 37.8%；7个关联位点对细叶桉9个群体303株样品的验证表明，4个位点在细叶桉中与抗性关联，对表型变异的解释率为24.3% ~ 48.5%。这为桉树抗枝瘿姬小蜂的分子育种提供了有潜力的标记资源。 (4)巨桉感染枝瘿姬小蜂的转录组分析。通过转录组测序比较巨桉4个种源在自然条件下感蜂(有虫瘿S-2和无虫瘿S-1)和抗蜂表型(R)的基因表达差异，结果表明S-2 vs S-1的差异表达基因为19个，显著富集的KEGG Pathway有10条；S-1 vs R的差异表达基因为0；S-2 vs R的差异表达基因有7个，分别富集在7个不同的KEGG Pathway。其中大部分差异表达基因与呼吸作用、ET途径、GA途径以及多条植物逆境胁迫应答代谢途径有关。基因Eucgr.G02880可能是巨桉抗枝瘿姬小蜂的重要候选基因。 (5)候选基因与巨桉抗枝瘿姬小蜂的关联分析。利用转录组分析发现的候选基因Eucgr.G02880，再对巨桉16个群体470株进行基因测序和关联分析，扩增的767 bp片段中有38个单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism, SNP)和2个插入/缺失(Insert/deletion, Indel)标记，其中9个SNP的等位基因频率≥ 5%，基于混合线性模型的关联分析表明其中3个SNP与枝瘿姬小蜂抗性显著关联，对抗性变异的解释率为0.876 ~ 1.959%。研究也表明转录组分析与关联分析相结合是解析重要性状的基因组位点的有效手段。 (6)巨桉和细叶桉适应性和枝瘿姬小蜂抗性的标记辅助选择。基于适应性和抗枝瘿姬小蜂的关联分析结果，确定了巨桉和细叶桉两类性状的最大增效效应优势位点联合体，并预测了优势位点的组合。巨桉种源/家系试验林中没有个体能够聚合所有优势位点，建议将聚合较多优势位点的单株进行一次或者多次杂交，再利用关联标记对子代中聚合了所有优势位点的单株进行选择。细叶桉中编号为 111 的单株聚合了所有优势位点，具有较好的应用潜力。
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