油菜种子含油量GWAS分析及位点整合系统构建

含油量是油菜最重要的性状之一,目前已有较多的油菜种子含油量定位研究,然而各研究系统相对独立,群体与标记的差别使得难以比较不同研究结果。本研究连续4年种植了一个含308份材料的油菜自然群体,结合60K SNP芯片数据对种子含油量进行了全基因组关联分析(GWAS),并将所鉴定的显著位点与早前2个自然群体及10个分离群体鉴定到的位点进行全基因组比较与整合。结果显示,通过GWAS共检测到8个与种子含油量显著关联的位点,单个位点解释的表型变异度为3.22%~5.13%;结合其他12个群体的定位结果,共获得193个油菜含油量整合位点,分布于油菜的所有19条染色体,A亚基因组平均每条染色体有13个位点,显著高于C亚基因组(7个)。对不同群体鉴定结果的比较发现,7个整合区间能在至少3个群体中被检测到,均位于A亚基因组染色体(A01、A02、A03、A06、A08、A09和A10)上,其中有3个与C亚基因组上的区间存在同源性,在这3个区间中共鉴定到26个已知的油脂代谢相关基因。本研究将193个位点锚定到法国公布的甘蓝型油菜参考基因组,构建了一个可视的油菜种子含油量位点全基因组整合系统,可为油菜种子含油量重要位点的确定提供帮助,并为制定提高油菜种子含油量的育种方案提供参考。     

利用异源六倍体(A~rA~rA~nA~nC~nC~n)与甘蓝种间杂交合成甘蓝型油菜的新方法

利用亲本种的遗传变异是改良油菜的重要途径,本研究提出一种利用甘蓝拓宽甘蓝型油菜遗传多样性的新方法。以甘蓝型油菜(AnAnCnCn)品种中双11号为母本,与白菜型油菜(ArAr)品系SWU07杂交,经染色体加倍获得异源六倍体(ArArAnAnCnCn),再与甘蓝(CoCo)杂交,创建出具有亲本种遗传成分的新型甘蓝型油菜(ArAnCnCo)。该六倍体连续3个世代核型稳定,各世代中的自交和自由授粉结实率无显著差异,花粉育性在94.6%～98.8%之间,3个世代自交平均结实率为每角果5.47粒,自由授粉平均结实率为每角果7.93粒;各世代六倍体(ArArAnAnCnCn)与不同类型甘蓝杂交平均结实率分别为每角果0.05、0.04、0.05粒,世代间无显著差异,且六倍体与栽培、野生甘蓝杂交结实性无显著差异,可交配性不受六倍体世代及甘蓝类型的影响。尽管该六倍体与甘蓝可交配性较低,但仍可在田间条件下成功杂交,获得新型甘蓝型油菜(ArAnCnCo),表明以ArArAnAnCnCn六倍体为桥梁与甘蓝杂交,是一种有效导入甘蓝遗传成分、创建新型甘蓝型油菜的新方法。     

甘蓝型油菜茎秆菌核病抗性与木质素及其单体比例的相关性分析及QTL定位

菌核病是一类非专一性的植物真菌病原菌，寄主范围广泛，严重危害农作物的生产。对高世代重组自交系群体(RIL)及F₂群体终花期茎秆进行菌核病抗性接种鉴定，根据构建的近红外模型对接种鉴定的茎秆木质素含量、单体组分比例进行测定，并进行相关性分析和QTL定位。结果表明在2013年和2014年RIL群体茎秆菌斑大小与木质素含量呈极显著负相关，相关系数分别为–0.348和–0.286，与单体G/S呈显著正相关，相关系数分别为0.198和0.167。2014年F₂群体菌斑大小与木质素含量呈极显著负相关，相关系数为–0.306，与单体G/S相关性为0.142。F_2:3家系抗(感)植株茎部切片间苯三酚染色观察表明抗性较强的材料木质素含量高于抗性较弱的材料。根据已构建的重组自交系高密度SNP遗传图谱，利用复合区间作图法对上述性状进行QTL分析，共检测到18个QTL，其中9个菌核病抗性相关QTL分布于A05、A06、C04和C06染色体，单个QTL可解释的表型变异为2.38%~12.05%；3个木质素含量QTL分别位于A04、A05和C01染色体，单个QTL可解释表型变异的2.03%~13.75%。6个木质素单体G/S QTL分布于A08、C03和C07染色体，单个QTL可解释表型变异的2.06%~8.66%。本文研究结果为油菜菌核病抗性育种提供了新的思路和理论基础。     

野生甘蓝表皮毛对菜青虫的抗性机理

为明确一种全身覆盖表皮毛的野生甘蓝Brassica incana（编号C01）是否具有抗虫性,通过测定菜青虫Pieris rapae对野生甘蓝C01和无毛甘蓝B. alboglabra（编号C41）的拒食、取食和产卵行为进行抗虫性分析,同时通过测定两者的内源激素含量、表皮毛发育相关基因表达量和防御酶活性探讨野生甘蓝C01对菜青虫的抗性机理。结果显示,生长至8～10叶期,无毛甘蓝C41叶片被菜青虫啃食严重,但野生甘蓝C01叶片未被啃食;菜青虫对无毛甘蓝C41和剪除表皮毛的野生甘蓝C01叶片取食面积差异不显著,但均显著大于对野生甘蓝C01叶片的取食面积;着卵的无毛甘蓝C41植株显著多于野生甘蓝C01。野生甘蓝C01叶片中茉莉酸和茉莉酸甲酯含量都显著高于无毛甘蓝C41叶片,而两者中水杨酸和水杨酸甲酯的含量差异不显著。BolJAZ1基因在无毛甘蓝C41叶片中高表达,而BolGL3和BolGL2基因在野生甘蓝C01叶片中高表达;且野生甘蓝C01叶片中多酚氧化酶、过氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶3种防御酶的活性均显著高于无毛甘蓝C41。表明野生甘蓝C01叶片的表皮毛会影响菜粉蝶产卵,对菜青虫表现出显著抗...     

有毛野生甘蓝(Brassica incana)抗蚜虫特性研究

甘蓝(Brassica oleracea var.)是重要的十字花科芸薹属蔬菜,但生产中常遭受蚜虫危害,鉴定抗虫资源并了解其抗虫机制是抗虫育种的重要基础。课题组前期征集到1份周身覆盖浓密表皮毛的野生甘蓝(B.incana),为调查该材料是否具有蚜虫抗性,并明确其抗性是否与表皮毛有关,本研究利用该有毛野生甘蓝与1份无毛芥蓝(B.alboglabra)杂交,对双亲及其F2:3家系中有毛和无毛家系进行室内蚜虫接种发现,蚜虫在无表皮毛甘蓝上的平均产卵数(36.7枚)和存活天数(22.2 d)均显著高于有表皮毛甘蓝(平均产卵8.1枚,平均存活13.1 d)。为进一步明确该野生甘蓝对蚜虫是否具有化学毒杀或排拒作用,采用有毛和无毛甘蓝叶片的浸提液对蚜虫进行胃杀、触杀和拒食性调查发现,2种浸提液对蚜虫均无胃杀和触杀作用,但有毛甘蓝浸提液对蚜虫存在一定的趋避作用。表明野生甘蓝B.incana对蚜虫的抗性一方面源于其表皮毛的物理阻碍,另一方面与其体内化学物质的趋避作用有关。     

秋水仙碱对芸薹属三种单倍体染色体加倍效率

采用浸根、1g/L秋水仙碱滴生长点、含100mg/L的秋水仙碱培养基处理芸薹属三种单倍体无性系幼芽,诱导染色体加倍。根据处理后材料的田间表型、花粉育性和细胞学检测结果发现,各处理的染色体加倍效率存在显著性差异,其中培养基处理幼芽的加倍效率最高,达到50.75%;浸根和滴生长点的处理加倍效率分别为44.07%和17.54%。     

六倍体(A~nA~nC~nC~nC~oC~o)与白菜型油菜杂交可交配性及后代菌核病抗性

【目的】利用亲本种遗传资源是改良甘蓝型油菜的重要手段。以甘蓝型油菜与菌核病抗性甘蓝杂交合成的六倍体为桥梁,与大量的白菜型油菜杂交,合成杂种,探索改良甘蓝型油菜菌核病抗性的策略。【方法】采用菌核病抗病甘蓝(C01)与甘蓝型油菜(中双9号)杂交合成六倍体,通过分析六倍体的育性、菌病抗性和减数分裂行为来分析其作为桥梁材料转移菌核病抗性的可能性;将六倍体与110份白菜型油菜杂交,通过考察杂种发育和可交配性来分析六倍体与白菜型油菜杂交的可行性;通过鉴定杂种的苗期表型特征、自交结实率及离体茎秆的菌核病抗性来分析杂种在改良甘蓝型油菜遗传背景上的利用潜力。【结果】该六倍体的花粉育性为90.6%—92.7%,自交结实率为3—7粒/角果;菌核病抗性显著高于对照品种(中双9号);处于减数分裂后期I的花粉母细胞中,68.80%(86/125)的染色体分离比为28﹕28。110份春性、冬性和半冬性的白菜型油菜与六倍体杂交,授粉15 d后的胚珠发育正常,并且都能收获成熟种子,平均可交配性为(4.25±3.91)粒/角果。尽管不同基因型之间的可交配性存在显著差异,但是不同生态型的白菜型油菜与六倍体杂交的可交配性无显著差异(半冬性:(4.35±3.77)粒/角果,春性:(4.34±4.51)粒/角果,冬性:(4.01±3.43)粒/角果;P=0.44)。六倍体作为母本或者父本与白菜型油菜杂交都能结籽,而且没有显著性差异(六倍体为母本:平均结实率为4.27粒/角果;六倍体为父本:平均结实率为3.95粒/角果;P=0.69)。六倍体与白菜型油菜杂交创建的杂种,苗期形态似甘蓝型油菜,但是表型变异丰富;杂种都能自交结籽,平均自交结实率为(7.72±4.45)粒/角果;来自不同生态型的白菜型油菜与六倍体合成的杂种自交结实率无显著性差异(冬性白菜型油菜合成的杂种平均自交结实率:(8.07±3.43)粒/角果,半冬性:(7.88±4.64)粒/角果,春性:(6.41±3.00)粒/角果,P=0.95)。经过两年的离体茎秆菌核病抗性鉴定,6份杂种的菌核病发病程度两年均显著低于中双9号(P0.05)。【结论】以六倍体为桥梁能有效地将甘蓝型油菜亲本种的优良性状导入到甘蓝型油菜中。     

芸薹属远缘杂交试管苗快繁培养基的优化

为了优化芸薹属远缘杂交试管苗的快繁培养基，探讨基因型、培养时间等因素对试管苗分化率的影响，实验对甘蓝型油菜与甘蓝以及白菜型油菜与甘蓝两种远缘杂交方式的试管苗，在10种添加了不同浓度的6-BA和NAA的培养基上进行快繁培养。采用SAS软件对培养后第20d和第30d的分化率进行分析处理，结果如下：（1）白菜型油菜与甘蓝5个杂交组合间，以及白菜型油菜与甘蓝、甘蓝型油菜与甘蓝两种杂交类型间的试管苗分化率无显著差异；除甘蓝型油菜与甘蓝杂交的试管苗在培养第30d时的分化率无显著差异外，其它情况下培养基间的诱导分化率差异均达到显著或极显著水平；（2）添加3.0 mg&;#8226;L-1 6-BA（6-苄基嘌呤）和0.2 mg&;#8226;L-1 NAA（萘乙酸）的MS培养基对试管苗的诱导分化效率显著或极显著高于其它快繁培养基；（3）不同培养基培养的试管苗在培养20d和30d时的分化率呈高度正相关，但前20d的日平均分化率显著高于20~30d的日平均分化率。     

甘蓝型油菜polCMS育性恢复位点的全基因组关联分析

【目的】甘蓝型油菜波里马细胞质雄性不育(pol CMS)在中国已被广泛应用于杂交种育种,其育性恢复程度表现出受1对主效基因的控制,并受微效修饰基因的影响。通过全基因组关联分析方法挖掘育性恢复位点,并对候选基因进行比较分析。【方法】通过芸薹属60K SNP芯片对308份甘蓝型油菜自然群体进行基因型分型,并用pol CMS系301A作母本,与上述材料分别进行杂交得到308份F1,每份F-_1分别于2013年和2014年进行种植,每年2次重复,于始花期根据花粉育性和花蕊发育情况调查F1植株的育性等级,同时对测交父本自然群体进行群体结构分析和亲缘关系评估,并结合测交父本的基因型分型结果和F_1的育性等级进行全基因组关联分析(GWAS)。从GWAS分析中显著的SNP左右100 kb区间或与显著SNP处于同一单体型块(R~20.5)的区间内预测候选基因,并对候选基因进行QTL比较分析和单体型或等位基因的效应分析。【结果】方差分析结果显示,两年F_1的育性等级存在显著差异(P0.01),但相关分析发现,两年的育性等级存在显著的正相关(r=0.52,P0.001)。群体结构分析显示,所有测交父本被分为3个亚群(冬性、春性和半冬性),亲缘关系分析发现,任何2个材料之间平均亲缘关系值为0.072,73%的任意材料间亲缘关系值小于0.1,其中,约53%的材料亲缘关系值为0。GWAS分析共检测到13个与育性恢复程度显著关联的SNP,构成了6个候选区间,分别位于A01、A09、C03、C06和C08 5条染色体上,单个SNP解释的表型变异介于2.53%—9.96%。从中共预测到6个与育性恢复位点相关的候选基因,其中4个编码的蛋白含有恢复基因特有的PPR保守基序。共线性分析发现,4个候选基因中的2个(Bna A09g46700D和Bna C08g40710D)位于A09和C08染色体部分同源区间,且与已克隆的pol CMS育性恢复位点ORF2同源。另外2个新鉴定到的候选基因(Bna C03g45840D和Bna C06g13000D)连锁的SNP等位基因或单体型变化都与育性等级显著相关(P0.001)。【结论】通过GWAS分析鉴定到多个与油菜育性恢复有关的候选基因,开发基于与这些基因连锁位点或SNP的功能标记将有助于对该不育系统进行恢复系和保持系的筛选。     

秋水仙碱对芸薹属三种不同单倍体染色体加倍效率的研究

本研究采用浸根，0.10%秋水仙碱滴生长点、含100mg/L的秋水仙碱培养基处理芸薹属三种单倍体无性系幼芽，诱导染色体加倍。根据处理后材料的田间表型、花粉育性和细胞学检测结果发现，各处理的染色体加倍效率存在显著性差异，其中培养基处理幼芽的加倍效率最高，达到50.75%；浸根和滴生长点的处理加倍效率分别为44.07%和17.54%。