结合RNA-seq分析和QTL定位筛选甘蓝型油菜萌发期与铝毒胁迫相关的候选基因

随着土壤酸化程度的加剧,铝毒害已成为影响种子萌发质量和作物产量的重要胁迫因子之一。为研究铝毒对油菜种子萌发过程影响的分子机理,本文采用RNA-seq技术对耐铝品系18D300和敏铝品系27011进行转录组分析,共检测到9344个显著差异表达基因[|log₂(fold change)|≥1和FDR≤0.05],其中4406个DEGs基因上调, 4938个DEGs下调。GO富集分析发现,差异表达基因主要与氧化反应、细胞碳水化合物代谢过程、转运蛋白活性等相关。KEGG富集分析表明,差异表达基因主要富集于苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢、MAPK信号通路-植物、植物-病原体相互作用、植物激素信号转导等途径。此外,通过整合RNA转录组测序和铝毒胁迫下油菜萌发期根系相关性状的QTL定位结果,共筛出44个差异表达基因(10个下调和34个上调),这些基因主要与氧化应激、渗透调节、细胞壁修饰、转运蛋白、激素信号传导等功能有关。     

甘蓝型油菜盐胁迫下幼苗鲜重和干重QTL定位及候选基因分析

盐胁迫是非生物胁迫中影响作物产量的一个主要因素,利用分子标记方法选育油菜耐盐品种对提高油菜产量具有重要意义。选用来自GH06与P174杂交后通过单粒传法连续自交获得的高世代重组自交系群体,以含16 g L–1Na Cl的Hoagland溶液培养幼苗进行盐胁迫处理25 d后,分别测定叶和根的鲜重及干重,根据已构建的高密度SNP遗传连锁图谱进行QTL定位,在QTL物理区间筛选耐盐相关基因并以极端表型材料进行q RT-PCR分析。采用复合区间作图法(CIM),在对照和盐胁迫处理中共检测到19个QTL,其中与盐胁迫相关的有6个,可解释的表型变异7.16%~16.15%,分布在A02、A04和C03染色体上,将QTL置信区间序列和拟南芥中与盐胁迫相关的基因比对分析,共找到8个候选基因。对其中4个候选基因在极端表型材料中的表达分析表明,BnaA02g14680D与BnaA02g14490D基因在盐胁迫处理后的48 h或72 h表达量均高于对照组,即基因的表达由盐胁迫引起,而BnaC03g64030D在敏感型材料中的相对表达量高于在耐盐型材料中,BnaC03g62830D在敏感型材料中没有明显变化,但在耐盐型材料中呈现先升高后降低的表达特征,其表达可能会增强植株对盐胁迫的耐受力。本研究为油菜耐盐基因功能挖掘和油菜耐盐品种选育奠定基础。     

甘蓝型油菜早熟性状QTL定位及候选基因筛选

目前对于油菜早熟的研究主要围绕开花期性状进行,虽然开花期与生育期呈显著正相关,但却并不完全一致。对于油菜开花后一系列生长发育进程相关性状的遗传研究和QTL定位鲜有报道。本研究以成熟期差异较大的2个油菜品种‘花前早’和‘Global’构建的DH群体为材料,对影响油菜全生育期的各个发育阶段(开花期、花期持续时间、角果期持续时间和全生育期等)进行表型调查和QTL定位分析。共检测到30个早熟相关性状QTL位点,其中开花期、花期持续时间、角果期持续时间和全生育期等分别检测到12、5、4和9个QTL位点,解释了5.8%~22.4%的表型方差。发现4、2和1个全生育期QTL置信区间分别与开花期、花期持续时间、角果期持续时间位点置信区间完全或部分重叠。筛选到29个可能与油菜早熟性状相关的候选基因,它们通过调控花期或籽粒发育等生长发育进程影响油菜早熟。因此,在早熟性状的研究中,可以同时从开花期和籽粒发育过程入手,不但有利于使熟期进一步提前,也可减缓早熟油菜品种过早开花导致的冬前低温寒潮天气的不利影响。     

芝麻芽期耐铝胁迫相关性状的QTL鉴定

为解析芝麻耐铝毒遗传机制,发掘和定位芝麻耐铝毒QTL,采用不同浓度铝离子对地方品种金黄麻和竹山白进行了芽期胁迫处理,确定芽期铝胁迫处理适宜浓度。利用耐铝毒芝麻种质金黄麻和铝敏感芝麻种质竹山白为亲本构建的一个含有180个家系的重组自交系群体,以铝胁迫下芝麻芽期相对根长(RRL)、相对芽长(RSL)和相对苗鲜质量(RSW)作为表型指标,结合通过重测序构建的一个含有1 354个bin标记的高密度遗传图谱,采用复合区间作图法,对芝麻芽期耐铝毒性状进行了QTL定位和候选基因筛选。3个性状在群体中呈显著正相关,共检测到7个QTL,分布于6条染色体上(2,4,6,10,11,13号染色体),其中3个与相对根长相关,2个与相对芽长相关,2个与相对苗鲜质量有关。其中位于2号染色体的2个分别控制相对根长和相对苗鲜质量的QTL区间部分重叠。候选基因分析的结果表明,15个预测基因可能与耐铝胁迫相关,主要参与金属转运、脱毒和金属离子的跨膜结合、GDSL基序酯酶、过氧化物酶体以及生物体内有毒物质的代谢与解毒等生理进程。     

基于SNP遗传图谱定位盐、旱胁迫下甘蓝型油菜种子发芽率的QTL

研究盐胁迫、干旱胁迫下甘蓝型油菜的发芽率,寻找与发芽率相关联的分子标记,可为油菜逆境胁迫下种子萌发的分子标记辅助育种提供理论依据。本研究以甘蓝型黄籽油菜GH06和甘蓝型黑籽油菜P174为亲本,通过单粒传法(single seed descent, SSD)连续自交9代构建重组自交系群体。采用16 g L^–1的NaCl溶液进行盐胁迫,20% (W/W)的PEG-6000溶液模拟干旱胁迫,处理重组自交系种子并统计其发芽率。实验室构建的SNP遗传图谱,包含2795个SNP多态性标记位点,总长1832.9 cM,相邻标记间平均距离为0.66 cM,利用该图谱并采用复合区间作图法(CIM)分析两种胁迫条件下第3天、第4天及累计4 d后发芽率的QTL。共检测到19个QTL,分布于A01、A03、A06、A07、A09和C06染色体上。其中,11个盐胁迫相关的QTL可解释的变异为4.9%~10.9%,8个干旱胁迫相关的QTL可解释的变异为3.8%~6.9%;并且在A03和A09染色体上,盐胁迫和干旱胁迫下检测到的QTL有相近区段。研究结果表明油菜种子发芽率属于典型的数量性状,受环境影响较大;且随着胁迫时间的延长,油菜种子启动了不同的基因来响应环境胁迫。     

甘蓝型油菜抗寒相关基因的QTL初步定位

低温是影响油菜生产和产量最重要的非生物逆境胁迫因子。为了阐明油菜抗寒性的遗传基础并定位相关的数量性状位点,利用甘蓝型油菜强抗寒GZ恢和弱抗寒10B杂交获得的147个F_2单株为定位群体、以双亲及F2∶3家系为辅助研究材料,利用SSR分子标记结合生理学指标及自然条件下抗寒性调查对抗寒基因QTL进行初步定位。结果表明:630对SSR引物中有160对在双亲间具有多态性,多态率25.40%;160对多态性引物中有102对在F_2群体中有多态性,多态率63.75%,102对多态性引物共检测出多态性位点229个。102个SSR标记构建连锁图,图谱总长974.70 c M,平均距离为5.70 c M。在自然越冬条件下,对F2及F2∶3家系的抗寒性及叶片相对电导率、组织相对含水量、SPAD值、丙二醛(MDA)含量进行测定,分析生理指标与抗寒性的相关性,结果呈显著或极显著相关,表明这些指标可以作为抗寒性评价的参考指标。共定位出5个与抗寒性相关的QTL位点,SPAD值与MDA含量2个指标之间检测到的QTL具有重叠区,这可能是由一因多效或基因紧密连锁引起,可以作为后续分析候选基因的1个热区。为进一步进行甘蓝型油菜抗寒性状相关基因的精细定位及克隆奠定了基础理论。     

基于QTL和转录组测序鉴定甘蓝型油菜耐旱候选基因

干旱胁迫严重限制了甘蓝型油菜种植面积的扩大和产量的提升。耐旱性是由多基因控制的复杂数量性状,将QTL定位与转录组测序相结合,是鉴定甘蓝型油菜耐旱候选基因的有效手段。本研究对甘蓝型油菜干旱敏感品系三六矮和耐旱品系科里纳-2构建的F_2:6和F_2:8重组自交系群体幼苗进行正常灌溉和干旱胁迫处理,测定地上部鲜重、地上部干重、叶片相对含水量、丙二醛和可溶性糖含量,利用SSR和SNP多态性分子标记构建遗传连锁图谱,鉴定耐旱相关QTL和候选区间,结合耐旱材料No11和干旱敏感材料No28的转录组测序,筛选耐旱相关候选基因。研究结果表明:干旱胁迫使甘蓝型油菜幼苗地上部鲜重、地上部干重和叶片相对含水量下降,使叶片丙二醛和可溶性糖含量上升;耐旱相关QTL和候选区间分布于A01、A02、A06、A08、A09、A10、C02、C03、C04、C06和C09染色体;对耐旱材料和干旱敏感材料正常灌溉、干旱24 h、36 h和48 h进行转录组分析,主要差异表达基因显著富集到光合作用、脂肪酸代谢、氨基酸代谢、植物激素信号转导、核糖体、昼夜节律及角质、木栓素和蜡质的生物合...     

Cd胁迫对甘蓝型油菜种子萌发及幼苗生长的影响

研究了不同浓度Cd2 处理对甘蓝型油菜种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明,Cd胁迫对油菜种子的发芽势、发芽率、活力指数、生物量、酶活性和叶绿素含量均有显著影响,随着Cd浓度的加大和处理时间的延长,以上指标均出现不同程度的下降。两个品种中,黔油18号对Cd胁迫的耐受性强于黔油12号。     

利用SNP高密度遗传连锁图谱定位甘蓝型油菜种子硫苷含量的QTL

种子硫苷在甘蓝型油菜中有着重要的生物学作用和经济价值。本文旨在通过复合区间作图法利用高密度SNP遗传连锁图谱定位种子硫苷的QTL。用近红外扫描获得种子硫苷含量,每株系扫描3次,取平均值。所用的高密度SNP遗传图谱包含2795个SNP多态性标记位点,图谱总长1832.9 cM,相邻标记间平均距离为0.66 cM。定位了2年的种子硫苷含量QTL,其中有5个在2年内被重复检测到,分别分布在A03、A09和C02染色体上,LOD阈值在2.90~10.40之间。这些QTL在2011和2012年试验中分别解释了56.9%和55.1%的表型变异。另外有5个QTL仅在其中一年被检测到,这些QTL能够解释4.1%~7.9%的表型变异,QTL阈值在2.53~3.83之间。     

基于QTL定位和全基因组关联分析挖掘甘蓝型油菜收获指数相关位点

收获指数是一个重要的农艺性状,甘蓝型油菜的收获指数偏低,有较大的改良空间,研究油菜收获指数的遗传机理对该性状的改良具有重要的指导意义。本研究利用已构建的高密度遗传图谱对由高、低收获指数亲本衍生而来的包含186个株系的重组自交系进行收获指数的数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)定位, 2016—2018连续3年环境及最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction, BLUP)值共定位到12个收获指数相关QTL,分别位于A03、A05、A06、A07、A09、C04和C05＿random染色体上,单个QTL解释的表型变异在1.27%～14.20%之间。同时,利用588份重测序自然群体对收获指数性状开展了全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),2016、2017、2019年及BLUP值共检测到6个显著关联位点,分别位于A09、C01和C03染色体上,其中2019年环境检测到的位于A09上的S9＿25882060与S9＿25961704重叠,且与2016年环境检测到的位于A...     

甘蓝型油菜耐盐和耐旱相关性状的QTL分析

盐胁迫和干旱胁迫是非生物胁迫中影响作物产量的重要因素,检测与耐盐和耐旱相关的QTL,可为抗逆油菜品种的选育提供理论依据。本研究利用德国冬性甘蓝型油菜Express和中国半冬性甘蓝型油菜SWU07为亲本构建的包含261个株系的双单倍体(doubled haploid, DH)群体,分别以1.2%NaCl溶液和20%PEG-6000溶液作为培养液模拟盐胁迫和干旱胁迫,去离子水为对照,对2个亲本和DH群体进行发芽试验。播种后7 d测定幼苗根长、鲜重及发芽率,计算各性状在盐胁迫和干旱胁迫下的相对值,并作为评价耐盐和耐旱的指标。根据已构建的遗传连锁图谱进行QTL定位。盐胁迫下,在3次重复中共检测到与盐胁迫相关的QTL12个,分布在A02、A03、A05、A09、C01和C09染色体上,单个QTL可解释的表型变异为3.61%～10.59%,其中5个QTL在不同的重复中被检测到。干旱胁迫下,共检测到与干旱胁迫相关的QTL 9个,分布在A01、A02、A03、A05、A09、A10和C03染色体上,单个QTL可解释的表型变异为3.94%～12.90%,其中2个QTL在不同的重复中被检测到。此外,在A0...     

砷胁迫下甘蓝型油菜苗期根、下胚轴和鲜重的全基因组关联分析

油菜是修复土壤重金属污染的理想作物,为筛选甘蓝型油菜耐砷性的显著关联单核苷酸多态性位点及相关候选基因,本研究以140份不同来源的甘蓝型油菜自交系为材料,测定和利用油菜60KSNP芯片对正常和砷胁迫条件下的相对根长(RRL)、相对下胚轴长(RHL)和相对鲜重(RFW)进行了全基因组关联分析。结果表明,与RRL、RHL和RFW显著关联的SNP位点分别为15、20和35个,单个SNP位点表型贡献率分别介于13.31%～24.39%、18.04%～33.82%和20.19%～25.06%之间;其中在A02、A07和C02染色体上同时存在与RRL、RHL和RFW显著关联的LD区间。基于油菜基因组信息在LD区间内共筛选到61个可能与砷胁迫相关的候选基因,其中PHT3;3、PHT1;9、GST、OTC5、NRAMP1和ZIP12等与重金属吸收和转运相关。实时荧光定量PCR分析结果表明, PHT3;3和PHT1;9是与甘蓝型油菜砷离子吸收转运相关的重要候选基因。本研究结果对于甘蓝型油菜耐砷胁迫机理的研究、性状的改良具有重要参考价值。     

甘蓝型油菜轮回选择研究

以同时携带显性核不育基因Ms和显性不育抑制基因Rf的甘蓝型油菜为父本,含有相应隐性等位基因的同类型油菜为母本,经一代杂交成功地把显性核不育基因导入具不同细胞质来源的基因型中.90%以上的杂种一代\回交和复交组合均表现为1可育:1不育的分离.在第一批转育所用的15个亲本中,有3个对由Ms基因控制的雄性不育性有抑制作用,它们     

甘蓝型油菜籽粒含油量、蛋白质、纤维素及半纤维素含量QTL分析

以甘蓝型黄籽油菜GH06和甘蓝型黑籽油菜P174为亲本,通过单粒法连续自交8代构建重组自交系群体,应用SSR标记绘制31个连锁群(LGs)的遗传连锁图谱,图谱总长1437.1 cM,相邻标记间的平均距离为3.89 cM。对4个不同环境下RIL8群体中每个株系籽粒含油量、蛋白质、纤维素和半纤维素含量进行了近红外分析,性状相关性表明含油量与其他3个性状均表现负相关,蛋白质含量与纤维素和半纤维素分别表现负相关和正相关。结合构建的遗传图谱采用复合区间作图法分析4个性状QTL,共检测到26个QTL,分布在N2、N3、N8、N9、N11、N13、N16和N17连锁群上,其中8个含油量QTL可解释表型变异的4.96%~21.83%;6个蛋白含量QTL,可解释表型变异的3.12%~14.28%;4个纤维素含量QTL,可解释表型变异的4.60%~17.29%;8个半纤维素含量QTL,可解释表型变异率的6.66%~16.68%。在N8上,发现有含油量QTL与半纤维素含量QTL重叠的区段。在N9上,发现有纤维素含量QTL与半纤维素含量QTL重叠的区段,上述2个区段重叠QTL加性效应方向相反。本研究认为油菜种子含油量、蛋白质、纤维素和半纤维素属于典型的数量性状,受环境影响较大,与这些QTL紧密相关的分子标记可为下一步分子标记辅助育种提供一定技术支撑。     

两种环境下甘蓝型油菜含油量差异的QTL分析

利用本实验室构建的遗传连锁图谱和复合区间作图法检测重组自交系GH06×P174(SWU-1)和GH06×中油821(SWU-2)群体在2个环境中含油量差值的QTL。以SWU-1群体在2个环境中检测到2个含油量差值QTL,分别位于2个不同的连锁群,单个QTL可解释表型变异的10.31%~12.45%;以SWU-2群体在2个环境中检测到3个含油量差值QTL,分别位于2个不同的连锁群,单个QTL可解释表型变异的6.60%~10.58%。分析结果表明,含油量受环境影响较大,差值的变异幅度达到0~18.66个百分点,变异系数达到58.24%,说明在油菜的油脂合成中,存在对环境敏感和钝感的基因。含油量差值QTL与2个环境中分别检测到的含油量QTL没有明显的连锁关系,初步分析说明对环境敏感或钝感的基因与油脂合成基因不是同一个系统。     

十字花科黑腐病菌hrpW基因导入油菜之研究初报

为了研究十字花科植物黑腐病菌（Xanthomonas campestris pathovar campestris,简称Xcc）hrpW基因的功能及Xcc的致病机理,实验以甘蓝型油菜为试验材料,以5~6d无菌苗的带柄子叶为外植体,建立了高效稳定的带柄子叶再生体系,同时探索了影响根癌农杆菌介导转化甘蓝型油菜子叶柄的各种因素;并用农杆菌介导法将hrpW基因导入甘蓝型油菜中,经PCR检测法分析,证明hrpW基因已整合到油菜基因组中。hrpW基因编码HarpinXcc（十字花科植物黑腐病菌Harpin蛋白）,该转基因植株的获得,为进一步研究十字花科植物黑腐病菌的致病机理提供了材料,也为选育高效抗病油菜种质奠定了基础。     

甘蓝型油菜产量及其构成因素的QTL定位与分析

产量性状是复杂的数量性状, 对种子的单株产量及其构成因素(全株总有效角果数、每角粒数、千粒重)进行QTL定位和上位性分析,确定其在染色体上的位置及其遗传效应,可以探讨油菜杂种优势产生原因,提高育种中对产量性状优良基因型选择的效率,达到提高油菜产量的目的。在双低油菜细胞质雄性不育保持系1141B和双高恢复系垦C₁构建的F₂作图群体中,运用SRAP、AFLP和SSR三种标记技术构建了一个甘蓝型油菜(Brassica napus L.)的分子标记遗传连锁图谱。共包含244个标记,分布于20个主要连锁群、1个三联体上,图谱总长度为2 769.5 cM。采用Windows QTL Cartographer Version 2.0统计软件及复合区间作图法,对油菜单株产量及其3大构成因素进行QTL定位,共检测到QTLs 16个分布在9个连锁群上,其中第6和13连锁群最多,均有3个。单个QTL解释性状表型变异的0.38%～73.34%。对于同一性状,等位基因的增效作用既来自母本,亦源自父本;采用双向方差分析法对位点间互作及其上位性进行分析,检测到26对影响产量构成性状的上位性互作效应QTL,说明油菜基因组中存在大量控制产量的互作位点,油菜产量性状的上位性存在着多效性,上位性互作包括QTL与非QTL位点,其中以非QTL位点较多。一般互作位点的独立效应值较小,而互作的效应值显著增大,且一般超过两位点独立效应值之和。反映了控制产量性状基因的复杂性。上位性是甘蓝型油菜产量性状杂种优势的重要遗传基础。