新研究推動濕地松全基因組選擇育種進程

　　濕地松是用材樹種和松脂生產樹種，也是優良的松材線蟲病抗性樹種。由于其具有巨大的社會經濟價值，全球科學家對其開展了近百年的遺傳育種工作，然而松類植物巨大保守的基因組和漫長的生命周期嚴重阻礙了育種效率。

　　近日，中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所（國家林業和草原局國外松培育工程技術研究中心）（以下簡稱亞林所）等單位聯合在國際期刊《公共科學圖書館—遺傳》（PLoS Genetics）在線發表了研究論文。該研究突破了裸子植物巨大基因組遺傳研究瓶頸，有望推動松樹育種進入全基因組選擇時代，對提高濕地松良種的選育效率、保障我國木材安全和綠色化工原料松脂安全具有重要意義。

　　論文通訊作者、亞林所副研究員欒啟福介紹，濕地松原產美國東南部，在我國引種栽培已經100多年，是我國南方重要的速生用材樹種和綠色化工原料松脂的生產樹種，也是優良的松材線蟲病抗性樹種。我國現有濕地松面積2200多萬畝，僅初級原料松脂產值達20億元以上，木材和生態價值巨大。

　　欒啟福說，隨著基因組時代的到來，分子生物學特別是全基因組選擇育種成為加快育種研究的重要手段，然而松樹巨大基因組依然是新技術應用的障礙，全基因組關聯研究（GWAS）技術也僅僅應用于自然群體直接來源的遺傳資源而不用于改良的育種群體。

　　2004年，國際著名松樹育種專家Neale基于統計學和遺傳學撰文推斷基因組巨大、高度雜合的裸子植物松樹即使進行了初步改良，其傳統育種群體的選擇強度依然較低，基因重組概率較小，基于分離群體QTLs（數量性狀位點）作圖的分子標記輔助選擇成效不大，不依賴于基因重組和分離的全基因組關聯和選擇育種是松樹分子育種的有效途徑。

　　亞林所國外松育種具有50多年歷史，構建了較完整的輪回育種體系。近年來基于豐富的育種群體資源，研發了一系列生長、材性評價技術，獲得大量表型數據，篩選建立240株代表性單株育種群體；建立了以轉錄組為基礎的分子育種體系，逐步解析松脂等基因家族信息。

　　論文第一作者、亞林所博士研究生丁顯印說，他們首次針對我國濕地松基礎育種群體開展了主要經濟性狀的大規模轉錄組測序，成功組裝了群體中240株代表性單株的基因組Unigenes，開發了53229個高質量單核苷酸多態性(SNPs)分子標記，并首次基于群體遺傳結構進行了全基因組關聯研究（GWAS）、全轉錄組關聯研究（TWAS）和加權基因共表達網絡分析（WGCNA）。研究揭示了育種群體較低的近交率，篩選了32個與生長和松脂性狀顯著相關的SNPs，為早期遺傳選擇奠定了基礎。

　　通過三代和二代轉錄組測序，每個單株組裝了平均長度1960萬個堿基的表達基因組（包含25.9萬個完整的基因片段Unigene），檢測發現每個基因片段平均包含2.87個SNPs分子標記，進一步的基因組和表達組的分析關聯了大量生長、松脂性狀基因及其核心基因，基因對表型的貢獻達到10~20%，這一研究為高效準確的濕地松早期分子遺傳選擇奠定了基礎。

　　該研究以我國濕地松第一輪遺傳選擇育種的基礎群體為研究對象，通過較大規模的轉錄組測序，解析了群體的遺傳結構，證實濕地松基礎育種群體具有較低的近交系數，個體間遺傳距離適中，基于生長和松脂性狀的連鎖不平衡效應顯著，關聯分析獲得大量顯著相關的基因，突破了松樹分子育種研究的瓶頸。

　　欒啟福說，隨著油松、火炬松等松樹基因組參考序列的日益完善，基于濕地松高質量轉錄組及松樹基因組數據將實現濕地松等松樹從傳統育種向基因組育種的跨越，開啟松樹精細育種時代，為分子設計速生優質、抗性強的松樹新品種提供了物質基礎。

　　該研究得到國家自然科學基金、中國林業科學研究院基本科研業務費專項資金、浙江省重點林木育種等項目支持。