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辣椒(Capsicum annuumL.)属于茄科,是我国蔬菜产业中第一大产业,具有重要的经济价值。辣椒栽培历史悠久,品种资源丰富(图1),近年来辣椒常规育种取得了很大的成就,但随着消费需求的升级,对辣椒品种口感、颜色、健康优质等多样性的需求加深,提供品质优良的品种是目前辣椒育种的发展方向。利用高通量、低成本的现代基因型分型技术培育优质、高产辣椒新品种,对于提升我国辣椒育种技术水平,推动辣椒产业发展具有重要意义。

华智生物技术有限公司与湖南农业大学邹学校院士辣椒育种团队合作,利用自主研发的cGPS(Genotyping byPinpointSequencing ofcaptured targets)靶向测序分型技术,开发了辣椒50KcGPS液相育种芯片“辣芯一号”(已获专利授权)。该育种芯片可应用于辣椒种质资源遗传多样性评估、品种真实性鉴定、遗传图谱构建、基因定位、全基因组关联分析、分子辅助定向改良和多基因聚合、智能育种等多个应用场景,为培育高产、优质、抗逆的优异新品种提供高效基因型鉴定技术支撑。

图1 不同类型的辣椒
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图1 不同类型的辣椒
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1、位点多态性好、通用性好、基因组分布均匀

基于湖南农业大学提供的176份辣椒重要种质资源以及国内/国外公共数据库的347份不同地域辣椒品种及种质资源(亚洲、美洲、非洲和欧洲等基因库的辣椒栽培种、野生种、不同起源以及果形多样的育种品种)的重测序数据,挖掘筛选获得51,172个高质量、高多态性全基因组SNP位点(图2),位点在染色体上分布均匀(图3)。

图2 辣椒50K cGPS液相育种芯片标记位点MAF分布图
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图2 辣椒50K cGPS液相育种芯片标记位点MAF分布图
图3 辣椒50K cGPS液相育种芯片标记位点在染色体上的分布
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图3 辣椒50K cGPS液相育种芯片标记位点在染色体上的分布

2、功能位点、重要性状/基因连锁位点丰富

辣椒液相育种芯片包含26个辣椒农艺性状相关基因(抗病、辣椒果实颜色、辣椒辣味及辣椒雄性不育等)关联的389个SNP分子标记(表1),可用于重要性状基因的精准鉴定和挖掘利用等。

表1辣椒50KcGPS液相育种芯片覆盖基因类型及标记数

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3、国家标准位点丰富

该芯片根据《植物品种鉴定—MNP标记法》(GB/T 38551-2020)中已公布的辣椒MNP标记引物序列,覆盖831个目标区间的3,194个SNP分子标记,可用于辣椒品种真实性鉴定等。

4、产品技术参数优良

经测试验证,产品位点检出率高,平均位点检出率为99.65%(图4);产品稳定性好,基因型准确高,批内重复样本基因型平均一致率为99.99%(图5),与重测序样本基因型平均一致率为99.73%(图6),产品整体性能优良。

图4 辣椒50K cGPS液相育种芯片标记位点在样本中的基因型检出率
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图4 辣椒50K cGPS液相育种芯片标记位点在样本中的基因型检出率
图5 辣椒50K cGPS液相育种芯片批内重复样本基因型一致率
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图5 辣椒50K cGPS液相育种芯片批内重复样本基因型一致率
图6 辣椒50K cGPS液相育种芯片与重测序基因型一致率
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图6 辣椒50K cGPS液相育种芯片与重测序基因型一致率
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1. 辣椒遗传多样性评估和种质资源鉴定(图7、图8)。

2. 辣椒品种真实性鉴定等。

3. 辣椒遗传图谱构建、基因定位以及全基因组关联分析等。

4. 辣椒分子标记辅助选择、定向改良、全基因组选择育种等。

5. 辣椒重要性状基因的挖掘鉴定和功能解析等。

图7 辣椒样本聚类分析图
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图7 辣椒样本聚类分析图
图8 辣椒样本PCA图
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图8 辣椒样本PCA图
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1.华智生物技术有限公司

华智生物是在农业农村部倡导以及国家发改委、科技部、湖南省等相关部省委支持下,由中信农业、隆平高科等十余家龙头种企和专业机构共同组建的、我国领先的第三方生物种业关键共性技术平台和国家级分子育种创新服务平台,入选国家农作物、畜禽、水产三大类种业阵型专业化平台企业和首批20家种业打假维权种子检测机构推荐名单。

华智生物融合生物技术(BT)与数据技术(DT),为客户提供基因型鉴定、种质资源鉴定评价、性状基因创制挖掘鉴定、生物信息分析、种质创新创制、分子和智能育种、生物智能大数据管理和应用、品种测试评价、种子质量/土壤环境/农产品安全检验检测、生物技术法规服务等全链条、一站式综合解决方案。华智生物的产品和技术服务贯穿种业全产业链,覆盖了农作物、畜禽、水产、果蔬、林木、花草、中药材、微生物等250多个物种领域,每年为800余家单位和团队提供服务,年完成服务合同1,000余份,年检测样品超过130万份。

2. 湖南农业大学邹学校院士辣椒育种创新团队

湖南农业大学辣椒育种技术创新及新品种选育创新团队组建于1988年11月。带头人邹学校教授,中国工程院院士,岳麓山实验室主任,湖南农业大学校长,我国著名的蔬菜遗传育种家,辣椒遗传育种学术带头人,国家特色蔬菜产业技术体系首席科学家,兼任中国园艺学会副理事长。团队成员共有28人,其中教授/研究员14人,副教授/副研究员4人;博士研究生22个,硕士研究生6个;国务院津贴5人;海外优青1人,千青1人,湖南省拔尖人才1人。

30多年来,团队在辣椒优异种质资源创制、育种技术创新、新品种培育等方面取得了系列创新性成果,育成了我国栽培面积最大的系列辣椒品种,建立了保存份数最多的辣椒种质资源库,创制了应用最广的辣椒骨干亲本,构建了目前国际上信息量最大的转录组和辣椒泛基因组专业数据库,在辣椒遗传育种和种质资源创新研究领域一直处于国际领先水平。团队获“国家科学技术进步奖”二等奖4项、湖南省“科技进步奖”一等奖5项、二等奖3项。先后主持或承担国家和省级重大项目60多项,创建国家特色蔬菜产业技术研发中心、园艺作物种质创新与分子育种教育部国际合作联合实验室、园艺作物种质资源创新与新品种选育教育部工程研究中心等研发平台10个,创办世界唯一以单个蔬菜作物为对象的期刊《辣椒杂志》。团队成员担任国家特色蔬菜产业技术体系首席科学家、加工用鲜辣椒品种改良岗位专家、种子种苗生产技术岗位专家、国家大宗蔬菜产业技术体系辣椒育种岗位专家等5人。出版《辣椒遗传育种学》《中国辣椒》等著作20多部,在《Nature》、《Nature communications》、《Molecular Plant》、《New Phytologist》、《中国农业科学》等重要刊物上发表论文400多篇,出版刊物10多本;获得授权专利近50项;植物新品种权10个,品种登记105个;制定国家行业标准1项,湖南省地方标准32项。2012年团队被农业部授予“农业科研杰出人才及其创新团队”,2013年获“中国园艺学会华耐园艺科技奖”,2017年获原农业部“中华科技奖”(优秀创新团队奖),2018年获湖南省“科技进步奖”(创新团队),2021年获“全国专业技术人才先进集体”。