2021年11月13日，植物遗传育种领域国际知名学术期刊《理论与应用遗传学》（Theoretical and Applied Genetics）在线发表了福建农林大学许莉萍和阙友雄团队题为“An autopolyploid-suitable polyBSA-seq strategy for screening candidate genetic markers linked to leaf blight resistance in sugarcane”的研究论文。该研究首次从甘蔗遗传图谱QTL定位的策略中汲取灵感，利用单剂量多态性标记，优化完善了传统的BSA-seq方法，所建立的方法称为polyBSA-seq。进一步，采用所建立的polyBSA-seq技术，筛选并获得甘蔗中与叶枯病抗性基因紧密连锁的4个分子标记，有望应用于甘蔗抗叶枯病性的鉴定及其遗传育种领域。研究证明，与传统的遗传谱图或GWAS定位法相比，作者所建立的polyBSA-seq方法，能够简便快捷地应用于同源多倍体物种中重要目标性状连锁标记的筛选，该研究将有助于推进甘蔗重要目标性状连锁标记的筛选及分子育种研究的进程。
甘蔗（Saccharum spp. hybrids）是最主要的糖料作物，也是极具潜力的能源作物，甘蔗育种技术的发展和品种改良对产业发展至关重要。甘蔗基因组庞大且复杂，通过传统的育种技术聚合优良基因的概率极低，为此，我国每年培育大约100万实生苗供育种选择。对于某些农艺性状如抗病性等，需要适宜的气候条件和充分的病原胁迫才能进行有效的选择，导致抗病性选择的有效性不高，效率也很低，急需开发相应的分子标记辅助选择技术。长期以来，因甘蔗的高倍性，QTL定位主要依赖于高成本的遗传图谱构建，导致传统的基于二倍体开发的快速定位QTL或筛选连锁标记的BSA-seq方法无法应用于甘蔗。
该研究于2014年利用叶枯病高感品种YT93-159和高抗品种ROC22创建了一个包含285个子代的甘蔗F1分离群体，并持续六年在叶枯病高发地云南德宏州对该群体的叶枯病抗性进行调查，最终构建出高度可信的极端抗病池和感病池。然后，对两个亲本和两个池进行高深度测序（平均深度约140×），检测出亲本间的单剂量多态性标记。最后，依据亲本间单剂量多态性标记在抗、感池中的频率分布，筛选出抗性连锁标记，其主要原理如图1所示，与抗病性连锁的单剂量标记只存在于抗病亲本中，双亲杂交后，抗病标记随之流入抗病子代，那么抗病池中的每个子代也都包含一个单剂量连锁标记，对应地，与抗病性连锁的标记在抗病池中的分布频率依然等于单剂量标记的频率，在感病池中频率则为0。同时，为了排除因测序偏倚造成的假阳性连锁标记，我们还针对抗、感池，各设置了两个技术重复。
图1 基于polyBSA-seq策略筛选获得甘蔗抗叶枯病连锁标记的原理
经过筛选，该研究共获得了4个与甘蔗叶枯病抗性相关的连锁标记，包含3个抗病性关联标记和1个感病性关联标记（图2A）。进一步，作者比较了抗病亲本ROC22和感病子代FN12-047的转录表达谱，筛选得到12个在4个标记1.0 Mb内差异表达的基因（图2B，2C）。这些基因预测与甘蔗叶枯病抗性密切相关，有望作为叶枯病抗性遗传改良的重要候选靶标基因。
图2 与甘蔗叶枯病抗性紧密连锁的4个标记及其上下游1.0 Mb内在抗、感叶枯病甘蔗品种中差异表达的基因
我院在读博士研究生汪洲涛为该论文的第一作者；福建农林大学农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室、国家甘蔗工程技术研究中心/4166am金沙信心之选许莉萍研究员和阙友雄研究员为该论文的共同通讯作者。我院在读博士研究生路贵龙、许孚、成伟以及在读硕士研究生任慧和庞超参与研究。该研究得到国家自然科学基金、国家糖料产业技术体系和云南省甘蔗遗传改良重点实验开放基金的资助。
