摘要
烟草是一种重要的经济作物，在多个农业大国都有大规模种植。培育高产质优的烟草品种是烟草育种的重要方向。研究表明，株高、叶数、最大叶叶长和最大叶叶宽、节距、茎围等一些重要农艺性状与烟草的产量密切相关。已有不少利用重组自交系群体开展连锁分析探讨这些农艺性状遗传的研究，但鲜见运用简化基因组测序（GBS）技术开展这些性状的全基因组关联分析（Genome-wide association studies，GWAS），探讨这些农艺性状遗传特性的相关报道。据此，本研究利用 94 份烟草种质作为自然群体材料，进行简化基因组测序，结合测定的相关表型数据，开展 GWAS 分析，挖掘出烟草这些重要农艺性状的数量性状位点（QTL）并推测邻近区域可能的候选基因。主要研究结果如下： 1、 94份烟草重要农艺性状的表型数据分析：通过对烟草的两个高遗传力性状在不同生长时间点的表型数据进行分析发现，青果期相比开花期具有更高的遗传力，更低的变异系数，表明青果期的性状更为稳定，种间差异更小，从而明确青果期可能更适合作为这六个农艺性状的表型测量生长点，并利用该时期数据进行后续关联分析。此外，我们发现广义遗传力较高的为株高、节间距、叶数；茎围与五种农艺性状都显著相关，可以通过对茎围的选择从而对其他农艺性状进行正向选择。 2、 基于GBS测序技术的94份烟草遗传结构分析：通过聚类分析，群体结构分析和主成分分析将 94个烟草种质资源分为两个亚群。通过遗传距离评估以及亲缘关系分析，显示出所有品种间的一个较低的遗传多样性，但利用126602个SNP分子标记能很好地区分开烤烟，晒烟与白肋烟。分群信息可作为杂交选择亲本的理论依据。 3、 基于 FaST-LMM 线性混合模型的全基因组关联分析：对六个农艺性状进行GWAS 分析，分别在两个环境中对株高、叶数、节间距、最大叶叶宽四个性状关联到多个显著性标记并找到候选基因，而最大叶叶长关联到显著性标记但附近没有候选基因，茎围没有发现显著性位点。其中，共发现两个在两个环境中都显著的关联位点，分别为一个叶数共同位点rs30317和一个最大叶叶长共同位点rs7584。 4、 候选基因预测：通过烟草基因组、番茄基因组、拟南芥基因组数据库基因功能注释，以及文献检索，转录组差异表达分析，注释了株高、叶数、节间距、最大叶叶宽多个候选基因的功能，其中包括一个在前人文献报道的烟草株高相关候选基因Nitab4.5_0000197g0010，在本次株高性状的 GWAS 中再次关联到，该基因据报道在拟南芥中参与植株生长和侧根形成；以及本次研究中新发现的两个在两个环境中皆显著的叶数位点rs30317紧密连锁的 Nitab4.5_0000969g0030和Nitab4.5_0000969g0040基因，据报道其同源基因在拟南芥中分别与叶片光合作用，泛素化降解、细胞死亡、开花等有关，可能是烟草叶片生长相关的基因。此外，我们发现关联到的多个候选基因的同源基因在前人研究中于拟南芥生长发育过程中具有重要作用，并且转录组表达差异分析中表明与烟草腋芽的生长相关。我们的研究为进一步理解烟草遗传结构，以及利用分子标记辅助改良烟草相关农艺性状提供了理论基础。
NETL