甘蓝型油菜株高、第一分枝高和分枝数的QTL检测及候选基因筛选

株高、分枝数及第1分枝高是油菜重要的农艺性状。本研究利用甘蓝型油菜GH06和P174杂交,F2通过单粒法连续自交至F11构建重组自交系群体,利用油菜60K芯片对该群体进行基因分型,构建高密度遗传连锁图谱。结果表明,该图谱包含2795个SNP多态性标记位点,总长1832.9 c M,相邻标记间平均距离为0.66 c M。在此图谱基础上采用复合区间作图法(CIM),检测到3个农艺性状的24个QTL。其中11个株高QTL分别位于A01、A06、A07、A08、A10和C06染色体,单个QTL解释5.00%~15.26%的表型变异;7个第1分枝高QTL分别位于A06、C05和C06染色体,单个QTL解释5.04%~12.99%的表型变异;6个分枝数QTL分别位于A03、A07、C01、C04和C06染色体,单个QTL解释5.95%~8.14%的表型变异。将156个拟南芥株高相关基因、10个拟南芥第1分枝高相关基因和148个拟南芥分枝数相关基因与QTL对应置信区间序列进行同源比较分析(E1E–20),分别找出了20个株高候选基因、3个第1分枝高候选基因以及12个分枝数候选基因。2个环境中在A07染色体上重复检测到的QTL置信区间检测到与株高相关的候选基因ATGID1B/GID1B和WRI1,A08染色体上重复检测到的QTL置信区间检测到SLR/IAA14和AXR2/IAA72个与株高相关的候选基因。在具有部分置信区间重叠的q2013FBH-C05-1和q2014FBH-C05-2区间均检测到第1分枝高候选基因PHT1;8,在A03和C06染色体上的QTL置信区间内,分别检测到4个分枝数候选基因,匹配E值介于0~3E–56之间。     

利用DH和IF2群体检测甘蓝型油菜株高相关性状QTL

株高是油菜重要的农艺性状之一。以油菜品种Express、SWU07构建的包含261个株系的DH群体和由其构建的包含234个株系的IF₂群体为材料, 分析2年环境下株高及其相关性状QTL表明, 在2个群体的各年份环境中总共检测到41个株高及其相关性状QTL, 分布于甘蓝型油菜的13条染色体上, 其中9个与株高相关的QTL, 分布于A02、A09、C01、C02和C06连锁群, 分别揭示了3.85%~13.34%的表型变异, 15个与主花序长度相关的QTL, 分布于A01、A02、A05、A08、A09、C01、C03和C05连锁群, 分别揭示了3.82%~9.52%的表型变异; 11个与第1分枝高度相关的QTL, 分布于A01、A03、A09、C01和C03连锁群, 分别揭示了4.01%~16.54%的表型变异; 4个与分枝区段长相关的QTL, 分布于甘蓝型油菜的A07、A09、C03和C04连锁群, 揭示了4.79%~8.10%的表型变异; 2个与平均节间长相关的QTL, 分布于A07和C05连锁群, 分别揭示了4.29%~6.04%的表型变异。其中5个QTL在不同年份环境或不同群体中被重复检测到。这些QTL为油菜株高的遗传改良提供了有用的信息。     

基于SNP遗传图谱定位甘蓝型油菜分枝角度QTL

分枝角度是油菜株型的重要性状,与油菜的耐密植性密切相关。本研究利用油菜分枝角差异显著的育种亲本材料1098B (分枝角小)和R~2 (分枝角大)杂交获得F1,通过小孢子培养获得含163份株系的DH群体。以油菜60K SNP芯片进行DH群体基因分型,构建高密度遗传图谱,并利用QTL Cartographer 2.5对2个环境下油菜顶端分枝角和基部分枝角进行QTL分析。结果表明,构建的高密度遗传图谱覆盖甘蓝型油菜19条染色体,包含9521个多态性SNP标记, 1442个簇(bin),覆盖基因组长度为2544.07 cM,相邻簇(bin)之间平均距离为1.76 cM。在此图谱基础上采用复合区间作图法(CIM),在2个环境下检测到17个分枝角度QTL,分别位于A01、A02、A03、A06、A09、C02、C03、C04、C06和C08染色体上,单个QTL解释的表型变异为6.39%～21.78%。用比较基因组方法与拟南芥分枝角度同源基因区间比对,鉴定出其中6个QTL的12个候选基因。其中位于A03连锁群QTL在2年的试验中被重复检测到,根据物理位置和基因组信息推测VAMP714为分枝角度的候选基因。这些QTL和候选基因将为油菜分枝角度的遗传改良提供有用的信息。     

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...     

GBS高密度遗传连锁图谱定位甘蓝型油菜粉色花性状

甘蓝型油菜花瓣颜色是重要的观赏性状,花瓣颜色的选育和改良已成为材料创制的主要研究方向。目前对甘蓝型油菜粉色花性状定位研究未见报道。本研究以甘蓝型油菜纯系黄花62和甘蓝型油菜纯系粉花77为亲本构建双单倍体(doubled haploid,DH)群体。利用简化基因组测序技术(genotyping-by-sequencing,GBS)筛选出3253个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记,构建了全长1766.06 cM甘蓝型油菜连锁图谱,标记间平均遗传距离为0.54 cM;使用WinQTL Cartographer复合区间作图方法对粉色花性状进行数量性状座位(quantitative trait locus,QTL)定位,检测到位于A07和C03染色体上各1个QTL;将定位区间内基因与甘蓝和白菜同源基因进行线性比对,在这些区间中找到了一些存在于3个物种的同源基因;对粉色花定位区间内基因进行可变剪切分析发现,2个花色相关基因BnaA07g15980D和BnaA07g17500D在亲本粉色花瓣中发生内含子保留可变剪切。上述研究结果为甘蓝型油菜粉色花相关基因精细定位和分子连锁标记开发提供了更多线索。     

利用DH和IF_2群体检测油菜籽粒油酸、亚油酸、亚麻酸含量QTL

以德国冬性甘蓝型油菜Express和中国半冬性甘蓝型油菜SWU07为亲本构建包含261个株系的DH群体和包含234个株系的IF2群体,检测不同年份条件下油菜籽粒油酸、亚油酸、亚麻酸含量相关的QTL。在DH群体4年环境下共检测出71个QTL,在IF2群体2年环境下共检测出4个QTL。去掉在不同年份和群体中置信区间相互重叠的QTL之后,共得到3个品质性状的51个QTL,其中有15个在2年以上环境中被检测到。这些QTL分别分布在13个连锁群上,其中与油酸含量相关的18个,分布于A01、A02、A04、A05、A07、A09、C01连锁群,揭示3.44%～13.97%的表型变异;与亚油酸相关的12个,分布于A02、A06、A09、C01、C02连锁群,揭示3.84%～19.51%的表型变异;与亚麻酸相关的21个,分布于A01、A02、A03、A04、A05、A08、A09、C01、C02、C03、C06连锁群,揭示2.86%～11.91%的表型变异。这些结果将为油菜脂肪酸品质改良提供更多遗传信息。     

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。     

利用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 NaCl溶液进行盐胁迫,20%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2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。     

基于QTL定位和全基因组关联分析筛选甘蓝型油菜株高和一次有效分枝高度的候选基因

株高和一次有效分枝高度是与甘蓝型油菜结荚层厚度、收获指数紧密关联的重要农艺性状,有关株高的数量性状位点(quantitativetraitlocus,QTL)和全基因组关联分析(genome-wideassociationstudy,GWAS)已有很多报道,但对一次有效分枝高度的QTL和GWAS定位以及候选基因筛选的研究报道较少。本研究利用已构建的高密度遗传连锁图对2016和2017年2个环境的186个株系组成的重组自交系群体株高和一次有效分枝高度及其最佳线性无偏预测(bestlinearunbiasedprediction,BLUP)值进行QTL定位共检测到8个株高的QTL,分别位于A03、A04和A09染色体,单个QTL解释4.60%～13.29%的表型变异,其中位于A04染色体上的QTL(q-2017PH-A04-2和q-BLUP-PH-A04-2)在2017年和BLUP中均被检测到;检测到9个一次有效分枝高度QTL,分别位于A01、A02、A05、A09、C01和C05染色体上,单个QTL解释5.12%～19.10%的表型变异,其中q-2017BH-A09-1、q-BLUP-B...     

甘蓝型油菜茎秆菌核病抗性与木质素含量及其单体G/S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。F2:3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。     

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。     

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。     

甘蓝型油菜主要农艺性状的主成分分析

为了研究甘蓝型油菜各农艺性状之间的相互关系,提高油菜新品种的选育效率,对229份DH纯系材料进行农艺性状（包括株高、分枝高度、一次分枝数、主花序长度、主花序角果数、单株经济学产量和单株生物学产量等）的相关性和主成分分析。结果表明,株高、分枝高度、主花序长度、单株生物学产量和单株经济学产量等5个性状偏向于父本,而一次分枝数和主花序角果数偏向于母本。相关性分析显示,株高、分枝高度、主花序角果数、单株经济学产量和单株生物学产量之间均呈现极显著正相关,一次分枝数与株高和分枝高度之间呈负相关。主成分分析可将农艺性状综合为株高因子、一次分枝数因子、主花序角果数因子和分枝高度因子,累计贡献率达90.0%,基本涵盖了农艺性状的全部信息。     

甘蓝型春油菜早花位点加密及位点聚合创建优异早花资源

cqDTFA7a and cqDTFC8, two major effects of early flowering QTL, were identified in the NNDH population of spring Brassica napus, and closely linked markers SSR G1803, InDel IA7-4, and SSR S035 with cqDTFC8 developed in previous studies. In this study, a BC₂F₂ population for early flowering QTL locus cqDTFC8 was constructed, and a closely linked SNP marker was further developed. The early flowering genotypes of one natural resources contained 93 spring B. napus varieties were identified used four closely linked markers with two loci, and selected 3164 and 2216 resources with cqDTFA7a site, 3484 and 2857 resources with cqDTFC8 site. Two site resources were aggregated by site polymerization through reciprocal hybridization. The polymerized DH system was rapidly obtained by microspore culture and maker assisted selection. A hybrid combination was created between polymeric line with good traits and early flowers and the Polima CMS, and the utilization value of the polymeric line was further analyzed by the production test at multiple environments for two consecutive years. cqDTFC8 encryption results showed that this site was located in the SNP11 and SNP12 interval, and separated from SNP11 altogether. The identification results of early flowering genotypes of natural resources showed that there were 50 individuals containing cqDTFA7a locus, with an average initial flowering period of 58.1 days; 16 single plants containing cqDTFC8 locus, with an average flowering period of 58.3 days; and 16 single plants containing two loci, with an average flowering period of 55.2 days, indicating the more early flowering sites containing, the earlier flowering. The results of polymerization showed that the flowering time of the polymerized lines of cqDTFC8 and cqDTFA7a was 2-3 days earlier than that of the single locus parents, among which the polymerized DH18 from 3164 of cqDTFA7a and 3484 of cqDTFC8 was 3 days earlier than that of the parents, and the yield-related traits were better than those of other lines. The combination of DH18 and the Polima CMS 025A was further utilized, and the combination was named TZG18. Yield results of two years and nine environments showed that yield of TZG18 was above 17.5% higher than the Haoyou 11, a local B. rapa variety on the Qinghai-Tibet plateau. Those results indicated that the early flowering site polymeric lines had an obvious advantage over the single locus lines in flowering time, and had an effect on the increasement of rapeseed yield. This study is a preliminary exploration of MAS breeding for early flowering traits of Brassica napus, providing materials support for replacing B.rapa varieties using early maturity Brassica napus varieties in spring rapeseed region, and approaches for gene polymerization breeding technology.     

不同熟期“川油”系列甘蓝型油菜品种主要性状与产量的相关分析

探讨在成都地区气候条件下不同熟期甘蓝型油菜产量的主要影响因素,以期为油菜抗性育种提供理论基础。采用相关分析、通径分析和主成分分析等方法,分析不同熟期甘蓝型油菜主要农艺性状、茎秆抗折力和菌核病发病率等与产量的关系。相关分析结果表明,早熟品种产量与单株有效角果数、每果粒数和茎秆中上部抗折力均呈显著或极显著正相关,中熟品种产量与株高、一次分枝高度、单株有效角果数、茎秆下部和茎秆中下部抗折力均呈极显著正相关。通径分析结果表明,早熟和中熟品种主要性状中,单株有效角果数对产量的直接作用最大。主要性状中,每果粒数对早熟品种产量的间接综合效应最大,中熟品种间接综合效应最大的是茎秆下部抗折力。主成分分析结果表明,早熟品种主要性状分为抗倒性状、株型性状、产量构成性状和抗病性状等4类性状。中熟品种为产量构成性状、株型性状和抗倒性性状等3类性状。研究表明,在四川省自然气候条件下,无论是早熟品种还是中熟品种选育,应在保证产量性状的同时,加强植株株型、抗倒性和抗病性的选择。     

甘蓝型油菜光敏色素互作因子4(BnaPIF4)基因克隆和功能分析

光敏色素互作因子4 (phytochrome interacting factor 4, PIF4)是光信号途径关键转录因子, PIF4与BZR互作介导光信号与油菜素内酯信号互作,参与植物光响应。本文在甘蓝型油菜湘油15号中克隆到2个PIF4基因,分别定位于A03号染色体和C03号染色体,命名为BnaPIF4_A03和BnaPIF4_C03,全长编码序列(coding sequence, CDS)、全长mRNA和全长基因分别为1242 bp和1245 bp、1701 bp和1731 bp、2527 bp和2665 bp,各自编码413和414个氨基酸。BnaPIF4_A03具有7个外显子和6个内含子, BnaPIF4_C03具有8个外显子和7个内含子,与测序品种中双11号相比, BnaPIF4_A03基因第1内含子存在单碱基插入突变,第4和第6内含子存在缺失突变,且具有更长的3'-UTR,两基因其他序列在湘油15号和中双11号之间无差别。BnaPIF4_A03和BnaPIF4_C03基因编码蛋白具有典型的植物bHLH结构域,亚细胞定位于细胞核,是典型的植物PIF4蛋白。多序列比对和进化分析表明, BnaPIF4蛋白与白菜、拟南芥、亚麻芥等PIF4蛋白高度同源。PIF4蛋白进化关系与物种进化关系一致,近缘物种中的PIF4蛋白在进化树中高度聚类,大量植物中可见PIF4蛋白重复且低等植物中分化程度明显低于高等植物中,表明PIF4蛋白是一个晚期进化事件且可能存在功能冗余。酵母杂交实验表明BnaPIF4与BnaBZR蛋白存在互作,但BnaPIF4不能与BnaBZR基因的启动子互作,表明BnaPIF4与BnaBZR在蛋白水平而非转录水平发生互作。湘油15号中BnaPIF4_A03和BnaPIF4_C03基因表达规律一致,BnaPIF4基因主要表达于油菜茎表皮、未成熟角果和叶中,在花和根中表达较低,且其表达随油菜生育进程逐渐降低。