甘蓝型油菜株高及其相关性状的主基因+多基因遗传分析

油菜株高对产量、抗逆性尤其是抗倒伏性有重要影响,适当降低株高可提高油菜抗性和收获指数进而提高产量。甘蓝型油菜(Brassica napus L.)矮秆自交系‘74-1002’具有早熟、分枝多、抗倒伏等优良性状,是进行油菜株高遗传和矮化育种的良好材料。以高秆甘蓝型油菜自交系‘HN92’为母本,‘74-1002’为父本,杂交构建6世代遗传群体(P1、P2、F1、F2、B1和B2),对6世代群体的株高及其相关性状进行度量,采用主基因+多基因混合遗传模型进行遗传分析。结果表明:株高(PH)、主花序长度(MIL)及一次有效分枝高度(VBH)均受到2对加性主基因控制,并存在加性—显性多基因效应,PH和MIL的最适遗传模型为E-0模型(MX2-ADI-ADI),VBH的最适遗传模型为E-3模型(MX2-A-AD);有效分枝节间距(IL)和有效分枝数(BN)的遗传均只受加性—显性—上位多基因控制,无主基因效应,其最适遗传模型为C-0模型(PG-ADI)。在B1、B2和F2世代中,PH的主基因+多基因遗传率最高,分别为71.22%、78.71%、81.87%;其次是VBH和MIL,分离世代主基因+多基因平均遗传率分别为57.10%和44.09%;IL和BN的遗传率偏低,3个世代主基因+多基因平均遗传率分别为15.24%和9.68%。相关性分析表明:PH与VBH、MIL和IL的相关性表现为极显著的正相关,相关系数分别为0.533、0.721和0.520。因此,在甘蓝型油菜理想株高育种进程中,在早代对株高进行选择是有效的,该研究也为后期开展株高相关性状QTL分析奠定基础,有利于加快油菜株高分子标记辅助育种进程。     

甘蓝型油菜苗期抗旱性鉴定及抗旱生理指标的评价

以120份西北地区甘蓝型油菜种质为试验材料,人工气候室盆栽,油菜五叶期时采用PEG-6000模拟干旱处理,通过抗旱指数和生理指标测定,对120份材料进行抗旱鉴定,探讨甘蓝型油菜抗旱指数与8个抗旱生理指标之间的相关关系及甘蓝型油菜抗旱性鉴定指标的选择。结果表明:120份种质中高抗旱材料6份、中抗10份、低抗23份、低感42份和高感39份;不同油菜种质干旱处理后可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白等生理指标发生明显变化,增加率分别为94.7%、432.8%和95.7%;抗旱指数与可溶性蛋白含量(0.521~(**))、可溶性糖含量(0.506~(**))、脯氨酸含量(0.495~(**))和叶片保水力(0.426~(**))呈极显著正相关,与丙二醛含量(-0.372~(**))呈极显著负相关;对抗旱指数直接影响最大的是可溶性蛋白,直接通径系数为0.384,间接影响最大的是SPAD值,间接综合效应为0.196。通过主成分分析,可将相关指标综合为3大类:渗透调节因子、水分保持因子和膜脂损伤因子。关键字:     

甘蓝型油菜开花时间的遗传分析及相关分子标记

为进一步明确甘蓝型油菜开花时间的遗传规律,指导早熟品种选育。以晚开花甘蓝型油菜YG-1和早开花甘蓝型油菜72-27-1-2为亲本,杂交构建6世代遗传群体(P_1、P_2、F_1、B_1、B_2和F_2),分别种植于杨凌和三原两地,记录6世代群体单株开花时间,应用植物数量性状主基因+多基因遗传模型进行遗传分析;借助SSR分子标记技术,利用F_2群体开发与开花时间相关的分子标记。结果表明:开花时间最适遗传模型在杨凌和三原分别为E-0(2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型)和E-1(2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型)。杨凌和三原两地分离世代(B_1、B_2和F_2)开花时间的主基因遗传率分别为57.12%,79.44%,66.37%和54.51%,65.43%,43.21%,多基因遗传率分别为33.80%,8.47%,25.62%和25.42%,4.70%,37.65%,环境引起变异为9.73%和23.03%。两地各分离世代(尤其B_2世代)主基因遗传率都明显大于相应多基因遗传率,表明甘蓝型油菜开花时间主要受2对主基因控制,在早期世代对理想开花时间选择有效,同时也要注意多基因和环境因素的影响。获得7个与开花时间位点相关的SSR分子标记,呈显著或极显著相关。标记引物序列在甘蓝型油菜数据库进行比对,BrgMS351和BnGMS148位于A7上,cnu_m157a、BnGMS256-1、BnGMS256-2、BnGMS327和BnGMS370-2位于A9上。表明本研究中控制开花相关的位点可能位于A7和A9上,且可能由2个QTLs共同控制,与数量模型遗传分析开花时间由2对主基因控制结果一致。     

PEG 6000模拟干旱胁迫下甘蓝型油菜芽期及苗期抗旱指标筛选

采用聚乙二醇(PEG 6000)模拟干旱胁迫,分析干旱胁迫下8份甘蓝型油菜芽期和苗期抗旱相关指标,鉴定芽期和苗期抗旱性,筛选抗旱评价指标。结果表明,甘蓝型油菜种质芽期和苗期抗旱性强弱不同,芽期抗旱性鉴定的最适PEG 6000浓度为15%,成苗率可作为芽期抗旱性的鉴定指标。通过主成分分析、隶属函数等方法分析苗期相关指标的变化,利用抗旱性综合度量值D值评价甘蓝型油菜苗期抗旱性,结果表明叶片相对含水量(r=0.907~(**))、可溶性蛋白(r=0.921~(**))与抗旱度量值D值呈极显著正相关,丙二醛含量(r=-0.837~(**))与D值呈极显著负相关,这些指标可作为甘蓝型油菜苗期抗旱性的评价指标。     

甘蓝型油菜主要株型和产量性状的综合分析

优化株型、提高产量是当前油菜产业发展的关键。以130份甘蓝型油菜育种亲本为研究材料,对10个株型性状和5个产量性状进行田间考查,通过表型相关分析、通径分析、主成分分析研究油菜株型性状与产量及产量性状之间的关系,明确甘蓝型油菜单株产量形成的主要决定因子。结果表明:130份材料主要株型和产量性状存在丰富的变异, 15个性状变异大小依次为二次分枝数单株产量全株角果数一次有效分枝高度顶端分枝角主花序有效角果数每角粒数=基部分枝角一次分枝数中部分枝角=主花序长度千粒质量角果长角果宽株高。相关分析表明:15个性状间多数存在显著相关,产量性状中全株角果数与单株产量相关性最大(0.834)。株型性状中株高(0.326)、一次分枝数(0.333)、二次分枝数(0.382)和角果宽(0.208)与单株产量关系比较密切。通径分析表明:对油菜单株产量正向直接效应最大的产量性状是全株角果数(0.786),对油菜单株产量的正向直接效应最大的株型性状是株高(0.021)和顶端分枝角(0.021)。株高、一次分枝数、二次分枝数、顶端分枝角和基部分枝角通过全株角果数对单株产量的间接效应较大。主成分分析共获得了6个主成分,分别为分枝角度因子、全株角果数因子、株高因子、主花序因子、角果宽因子、角果长因子。主成分综合评价将130份材料划分为4类,其中综合性状优良的有12份材料,对育种家改良油菜株型有一定借鉴意义。     

利用WGCNA鉴定甘蓝型油菜低温胁迫的基因共表达网络

为了解甘蓝型油菜受低温胁迫时的共表达网络，运用加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expres⁃ sion network analysis, WGCNA）方法，利用2个抗冻响应有差别的甘蓝型油菜材料HX17和HX58不同低温处理的36 个RNA-seq数据，通过过滤低表达基因，筛选表达水平变异最大的前15 000个基因用于WGCNA分析，共鉴定到16 个基因共表达模块。结合转录因子预测、冷相关基因预测、模块基因的gene ontology（GO）富集及表达分析，确定了 brown模块为响应冻害胁迫的共同模块、pink模块为HX17耐寒特异性模块，并构建了基因共表达网络，为油菜抗寒/ 抗冻机制研究提供新的依据。     

不同株高甘蓝型油菜茎秆特性及其与倒伏的相关性

以8份不同株高甘蓝型油菜为试验材料,通过大田试验,考察其株高等株型性状、抗倒性,观察其茎秆显微结构,测定茎秆生化成分。运用相关性分析、主成分分析、系统聚类分析、通径分析等方法,研究甘蓝型油菜的株高等株型性状、茎杆显微结构和生化成分等与倒伏的相关性。结果表明,甘蓝型油菜的株高、一次有效分枝高度、主花序长度、顶枝角与倒伏指数呈显著正相关;通过主成分分析,可将影响倒伏的株型性状分为3大类:茎秆长度因子、角度因子、分枝数相关因子。茎杆显微结构分析发现,株高越高,其茎杆皮层层数越多、皮层厚度越大,相邻维管束之间间隙越大、维管束个数越多,但是矮杆材料比高杆材料细胞排列更整齐紧密,且细胞相对较小;研究也发现横截面积、髓面积与倒伏指数呈极显著正相关;倒伏指数、株高、皮层层数、维管束个数在聚类分析中聚为一类。茎秆生化成分分析表明,终花期茎秆各生化成分与株高相关性均未达到显著水平,但株高与木质素和粗纤维的负相关系数较大;通径分析表明,对倒伏指数直接贡献最大的是木质素,间接效应最大的生化成分为相对含水量。     

甘蓝型油菜光合特性及株型性状相关分析

选取102份遗传基础广泛的甘蓝型油菜骨干亲本,在油菜初花期使用便携式光合仪6400XT测定光合生理指标,分析102份骨干亲本的光合指标变异情况,运用相关分析探究影响油菜净光合速率的主要因素;同时选取8份代表性材料在苗期和初花期分别测定光合日变化,进一步探究甘蓝型油菜不同发育时期的光合日变化规律。结果表明：102份材料净光合速率变化呈现正态分布,最大净光合速率值为38.15 μmol·m^-2·s^-1,最小净光合速率值为11.53 μmol·m^-2·s^-1,根据净光合速率大小频率分布将102份材料分为4大类,第Ⅰ类8份（>31.53 μmol·m^-2·s^-1）,第Ⅱ类53份（22.53~31.53 μmol·m^-2·s^-1）,第Ⅲ类33份（17.53~22.53 μmol·m^-2·s^-1）,第Ⅳ类8份（11.53~17.53 μmol·m^-2·s^-1）;相关分析表明初花期净光合速率与株高（0.123^*）、主花序长（0.117^*）、全株角果数（0.130^*）显著正相关。8份材料苗期和初花期光合日变化表现不完全一致,5份材料苗期呈“单峰变化”趋势、初花期呈“双峰变化”趋势;另外2份材料苗期和花期均呈“单峰变化”趋势;1份材料苗期呈“双峰变化”趋势,初花期呈“单峰”趋势;初花期净光合效率显著高于苗期,均值比苗期高22%;苗期时净光合速率与叶片长度（-0.337^*）、叶片宽度（-0.508^**）指标显著负相关,与叶绿素spad值（0.505^**）极显著正相关,线性回归表明叶片光合强度和单株生物产量线性正相关。研究筛选出在苗期和初花期净光合速率高的材料2份, H2000C和P73-1A;在初花期净光合速率高的材料8份,其中066B和068B-4净光合速率值最高。