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。     

甘蓝型油菜GPDH基因克隆及其生物信息学分析

为了进一步研究甘蓝型油菜GPDH基因,通过从拟南芥GPDH基因与甘蓝型油菜的共线性分析发现:拟南芥GPDH基因(At2g41540)在甘蓝型油菜A基因组和C基因组中有4个拷贝,分别为:GSBRNA2T00132785001、GSBRNA2T00024258001、GSBRNA2T00058395001、GSBRNA2T00019118001。从Gen Bank分别下载了它们的DNA序列和c DNA序列,c DNA序列依次命名为GPDH1、GPDH2、GPDH3、GPDH4。根据序列信息设计了4对不同的引物,从甘蓝型油菜湘油15号c DNA全长序列中扩增出了4条片段,分别命名为Bn GPDH1、Bn GPDH2、Bn GPDH3、Bn GPDH4。利用生物信息学软件和在线系统进行核苷酸序列分析和蛋白进化分析。结果显示:4条片段大小依次为1 395,1 395,1 389,1 536 bp。其中,Bn GPDH4翻译成氨基酸时序列中间出现终止密码子,不能合成有效蛋白。3个Bn GPDH蛋白的氨基酸数目为464,464和462个,理论分子量为51.584 4~51.829 7 k Da,二级结构α螺旋和无规则卷曲所占比例在42%左右,其次是延伸链所占比例约为15%。三者的跨膜结构总体来说是相同的。3个蛋白都由保守结构Gps A、NADB_Rossmann superfamily和NAD_Gly3P_dh_C superfamily组成,属于GPDH超基因家族。同源建模分析表明3个蛋白均能适用甘油3磷酸脱氢酶(Glycerol-3-phosphate dehydrogenase,GPDH)模型。对其进行亚细胞定位预测在细胞质膜的概率为79.0%。从序列分析、核苷酸聚类、理化性质预测、二级、三级结构预测、亚细胞定位预测、氨基酸聚类分析得出结论,它们具有GPDH基因家族的特征,为甘蓝型油菜GPDH基因家族中的成员。     

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。     

黄瓜种子含油量与耐低温性的关系

为研究黄瓜种子含油量与耐低温性的关系，摸索鉴定黄瓜耐低温性的方法。给予9504，9524，9507，9508，9512，9518，9521，9506，9511等9份不同来源的黄瓜材料白天12℃，晚上8℃的低温处理，每天光照7．5h，强度为30μmol／（m^2·s），约合2000lx，共处理14d，对耐寒性进行分级，并计算耐寒指数。测定种子含油量。发现两性状在材料间表现不同，经方差分析表明种子含油量、耐寒指数在材料间差异极显著，在区组间差异不显著，进一步进行相关分析表明种子含油量与苗期耐寒指数的相关系数为0．7700，达显著正相关，说明种子含油量与耐低温性的关系密切，可作为黄瓜耐低温性的间接鉴定指标之一。     

甘蓝型油菜海藻糖磷酸合成酶(TPS)基因家族的生物信息学分析

海藻糖磷酸合成酶(TPS)在植物响应多种非生物胁迫及生物胁迫时起着重要的作用,但目前对甘蓝型油菜中TPS基因的了解甚少.本研究运用生物信息学方法在甘蓝型油菜基因组中筛选甘蓝型油菜TPS家族基因,对鉴定出的31个BnTPSs基因进行分子特征、蛋白特性、蛋白结构域、保守基序、顺式作用元件、KaKs、染色体定位、系统进化树构...     

甘蓝型油菜含油量的遗传与QTL定位

利用主基因+多基因遗传模型对甘蓝型油菜品系APL01（低含油量亲本）与M083（高含油量亲本）杂交所获得的6个基本世代（P₁, P₂, F₁, B₁, B₂, F₂）的含油量进行遗传分析，并以（APL01/M083）BC₁F₁为作图群体，利用251个分子标记，构建了由19个连锁群组成的分子标记遗传图谱，经WinQTLCart 2.0对种子含油量进行QTL扫描。结果表明，该杂交组合种子含油量由1对加性-显性主基因＋加性-显性-上位性多基因控制，主基因遗传率为38.37%~47.16%，多基因遗传率为24.29%~38.28%。共获得qOC1、qOC8、qOC10、qOC13-1和qOC13-2等5个与含油量相关的QTL，其中qOC1位于N1连锁群的m19e21c~A0214Ra142区间，可解释含油量表型变异的5.21%；qOC8位于N8连锁群的A0216Gb206~m5e42区间，可解释含油量表型变异的6.34%；qOC10位于N10连锁群的m15e48~A0228Bb437区间，可解释含油量表型变异的9.45%；qOC13-1位于N13连锁群的A0224Rb157~A0301Gb399区间，可解释含油量表型变异的18.12%；qOC13-2位于N13连锁群的A0226Ba377~A0226Ba367区间，可解释含油量表型变异的10.17%。5个QTL中qOC10和qOC13-2位点APL01对含油量的贡献为正值，qOC1、qOC8和qOC13-1位点M083的贡献为正值。qOC13-1效应值较大，属主效基因位点，其余4个QTL效应相对较小，可作为多基因位点。     

甘蓝型油菜几个种子物理性状与含油率的相关、回归和通径分析

选用6个遗传特性和种子含油量不同的甘蓝型油菜品系,采用完全双列杂交配制成30个正反交组合,对种子含油量与几个主要物理性状进行了相关、回归和通径分析.观察的种子物理性状包括种皮厚度、皮壳率、.种皮颜色、千粒重、容重和比重.结果表明,在亲本与杂种间,种子含油率和各物理性状的变异情况基本一致,具有高度的相关性.杂种在种子含油率表现出一定的正向杂种优势,种皮厚度表现出一定的负向杂种优势,这对于油菜高含油率育种和杂种优势利用是有利的.在正、反交组合间,种子含油率和各物理性状均无显著差异,表现高度一致.各物理性状与种子含油率的相关性分析表明,相关系数依次为:种皮厚度＞皮壳率＞种皮颜色＞比重＞容重＞千粒重;种皮厚度、皮壳率和种皮颜色与种子含油率呈极显著负相关,种子比重呈极显著正相关,千粒重和容重与含油率相关不显著.回归分析结果表明,种皮厚度每增加1 μm,种子含油率则降低0.176 1％;种子皮壳率每增加1％,种子含油率则降低0.420 7％.进一步的通径分析结果表明,种皮厚度对种子含油率具有最大的直接作用和间接作用,其次是种子皮壳率;种皮颜色和比重的直接通径系数较小,而通过种皮厚度的间接通径系数较大.综合分析试验结果表明,种皮厚度是影响种子含油率最重要的物理性状,其次是皮壳率;种皮颜色和比重可能是通过种皮厚度发挥重要作用的.在油菜高含油率育种中,选育种皮较薄的品种类型可能是提高油菜种子含油率的重妻途径.     

转录组结合区域关联分析挖掘油菜含油量积累的候选基因

油菜(Brassica napus L.)是中国食用植物油的主要来源,提高种子含油量是增加菜籽油供应最为有效的方法。本研究利用4个油菜自交系授粉后25 d、35 d、45 d的种子转录组数据分析,筛选出43个与油脂合成相关基因,其中33个基因持续上调表达, 10个基因持续下调表达,主要基因包括BnLEC1、BnABI5、BnOLEO4和BnOBAP1a等。同时,结合50份半冬性甘蓝型油菜重测序数据,检测到与含油量显著相关3个SNP、9个SNP分别定位到BnOBAP1a-A10和BnABI5-A05,其中BnOBAP1a-A10＿Hap1对应材料含油量显著高于Hap2, BnABI5-A05＿Hap1对应材料含油量显著高于Hap3。此外,利用WGCNA构建基因共表达网络发现, BnOBAP1a与BnABI5通过3个转录因子LEC1、HMGB3、HTA11间接相连,形成了潜在调控的分子网络,影响种子油脂积累。这些结果有利于我们开发单体型功能标记进一步提高油菜籽含油量。     

甘蓝型油菜黄籽高含油量育种资源遗传多样性分析

以2份白菜型油菜为对照,用SRAP标记研究了57份甘蓝型油菜黄籽高油育种资源的遗传关系。在遗传相似系数0.682处,可将59份材料分为3类:两份白菜型油菜聚为一类;甘蓝型油菜除选系Y58单独聚为一类外,其他所有选系归为另一类,显示黄籽高油育种资源遗传基础较窄。在遗传相似性系数0.738处,又可将57份甘蓝型油菜分为6个亚类,其中53份材料归为两个大的亚类,系谱或亲缘关系较近的材料一般聚在同一亚类,且按系谱关系比地理来源划分明显,提示地理来源配制强优势黄籽高油杂交组合可靠性可能不如按系谱来源。     

Estimation of seed weight, oil content and fatty acid composition in intact single seeds of rapeseed ( Brassica napus} L.) by near-infrared reflectance spectroscopy

The potential of near-infrared reflectance spectroscopy (NIRS) for the simultaneous analysis of seed weight, total oil content and its fatty acid composition in intact single seeds of rapeseed was studied. A calibration set of 530 single seeds was analysed by both NIRS and gas-liquid chromatography (GLC) and calibration equations for the major fatty acids were developed. External validation with a set of 75 seeds demonstrated a close relationship between NIRS and GLC data for oleic (r = 0.92) and erucic acid (r = 0.94), but not for linoleic (r = 0.75) and linolenic acid (r = 0.73). Calibration equations for seed weight and oil content were developed from a calibration set of 125 seeds. A gravimetric determination was used as reference method for oil content. External validation revealed a coefficient of correlation between NIRS and reference methods of 0.92 for both traits. The performance of the calibration equations for oleic and erucic acid was further studied by analysing two segregating F2 seed populations not represented in the calibration set. The results demonstrated that a reliable selection for both fatty acids in segregating populations can be made by using NIRS. We concluded that a reliable estimation of seed weight, oil content, oleic acid and erucic acid content in intact, single seeds of rapeseed is possible by using NIRS technique. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Detection of loci controlling seed glucosinolate content and their association with Sclerotinia resistance in Brassica napus

A genetic linkage map of Brassica napus constructed from a cross between a low glucosinolate cultivar ‘H5200’ and a high glucosinolate line ‘NingRS‐1’ was used to identify loci associated with seed glucosinolate content and to understand the association between specific glucosinolate components and Sclerotinia resistance. Seed glucosinolate content was assessed by standard High pressure Liquid Chromatogram (HPLC) protocol. Seven components of seed glucosinolate, including four types of aliphatic glucosinolate, two types of indolyl glucosinolates and one aromatic glucosinolate were detected in the seeds. Three quantitative trait loci (QTLs) were identified for seed total glucosinolate content. From three to 15 loci were found to be responsible for different types of glucosinolates, and by comparing the overlapped intervals, eight genomic regions were defined. One of the nine loci associated with aliphatic glucosinolate content was found to be associated with Sclerotinia resistance on the leaf at the seedling stage, and one locus, responsible for 3‐indolyl‐methyl glucosinolate content, was probably linked with Sclerotinia resistance on the stem of the maturing plant. The association between seed glucosinolate content and Sclerotinia resistance is discussed.     

甘蓝型油菜BnAPs基因家族成员全基因组鉴定及分析

天冬氨酸蛋白酶(AP)属于四大蛋白水解酶之一,在蛋白质加工、信号转导和胁迫反应中发挥着重要作用。甘蓝型油菜是我国重要的油料作物,利用蛋白质同源性分析,在甘蓝型油菜中鉴定出154个APs编码基因,分别编码典型、非典型和珠心类天冬氨酸蛋白酶。基因结构分析结果表明,多数BnAPs基因包含1～4个外显子,同一类型的天冬氨酸蛋白酶成员之间蛋白质基序(Motif)分布相似。共线性分析表明,甘蓝型油菜与白菜、甘蓝和拟南芥存在大量的同源基因,约89%的BnAPs基因来自于全基因组复制事件。转录水平检测结果表明,BnAPs基因家族成员在各个组织中均有表达,其中BnAP30.A05.1/A05.2/C05.1/C05.2、BnAP36.A04/C08、BnAP39.A06/C03在授粉后的柱头显著提高。BnAPs基因启动子区域顺式元件分析结果表明,逆境相关的顺式调控元件被显著富集;进一步利用RT-qPCR验证了这些富含逆境相关顺式调控元件的基因在逆境(ABA、NaCl或4℃)处理后的表达水平显著变化,推测这些BnAPs基因可能参与甘蓝型油菜对逆境的响应。进一步和拟南芥同源基因组织表达模式进行比较后发现,大...     

甘蓝型黄籽油菜的遗传研究

从1975—1990年作者及其研究集体系统坚持了甘蓝型黄籽油菜的遗传育种研究。15年来取得了以下主要研究结果: 1.甘蓝型黄籽油菜的种皮色泽不同于白菜型、芥菜型和埃塞俄比亚油菜,为土黄或姜黄,而没有纯黄,只有杂黄,即在黄色种皮上有黑色斑点、斑块或褐色环带。 2.长期自交后仍得不到遗传上稳定的纯黄后代;在大群体中,不论是自     

Genetic variation in phytosterol content of winter rapeseed (Brassica napus L.) and development of NIRS calibration equations

Rapeseed oil is one of the richest natural sources of phytosterols, known to reduce the LDL-cholesterol levels, one of the major cardiovascular disease risk factors. Increasing the phytosterol content in rapeseed could give an added value to the oil and derived products. Our objective was to analyse the genetic variation of phytosterol content in modern winter rapeseed cultivars and resynthesized lines following field experiments and to develop a near-infrared reflectance spectroscopic (NIRS) calibration for high throughput estimation of phytosterol content. Phytosterol content as analysed by gas–liquid chromatography ranged from 3565 to 4800 mg/kg seed for modern cultivars and from 2079 to 4329 mg/kg seed for resynthesized lines. The NIRS calibration showed a high fraction of explained variance in cross-validation of 0.81 for total phytosterol content and the standard error of cross-validation was 241 mg/kg. The results show that the cultivars contain already high phytosterol contents. The NIRS calibrations developed for total phytosterol content should be useful for germplasm screening and in breeding programmes aimed at increasing the phytosterol content in rapeseed.     

抗菌核病甘蓝型油菜种质的筛选与鉴定

菌核病是由核盘菌引起的常年严重危害油菜生产的真菌性病害。通过收集贵州油菜种植区田间菌核,对其进行培养繁殖获得大量核盘菌;利用繁殖的菌核对2 000份甘蓝型油菜恢复系种质资源进行连续2年田间鉴定,从中筛选出51份抗菌核病恢复系材料,其中39份材料的菌核病发病率、病情指数和相对发病指数均低于抗性对照中油821。结合油菜种子品质分析,结果显示,种子芥酸含量与油菜菌核病抗性成正相关关系。     

甘蓝型油菜防御素基因的克隆与生物信息学分析

为了研究甘蓝型油菜防御素基因的结构和功能,根据白菜防御素基因序列设计引物,采用RT-PCR方法从甘蓝型油菜中克隆到4个防御素基因,并对其序列进行了生物信息学分析。结果表明,甘蓝型油菜防御素基因cDNA全长325~335 bp,包含231~243 bp的开放阅读框,编码76~80个氨基酸;防御素基因在长期进化过程中产生了显著的差异,但防御素含有的8个保守半胱氨酸残基均稳定存在;Bndef1、Bndef2、Bndef3与萝卜Rs-AFP1、诸葛菜Omdef亲缘关系较近,Bndef4与豇豆Vudef亲缘关系较近;4个防御素蛋白均为稳定蛋白,具有信号肽结构,可能为分泌蛋白。     

Identification and inheritance of a partially dominant gene for yellow seed colour in Brassica napus

A yellow‐seeded doubled haploid (DH) line no. 2127‐17, derived from a resynthesized Brassica napus L., was crossed with two black‐seeded Brassica cultivars ‘Quantum’ and ‘Sprint’ of spring type. The inheritance of seed colour was investigated in the F₂, and BC1 populations of the two crosses and also in the DH population derived from the F1 of the cross ‘Quantum’× no. 2127‐17. Seed colour analysis was performed with the colorimeter CR‐300 (Minolta, Japan) together with a visual classification system. The immediate F1 seeds of the reciprocals in the two crosses had the same colour as the self‐pollinated seeds of the respective black‐ and yellow‐seeded female parents, indicating the maternal control of seed colour. The F1 plants produced yellow‐brown seeds that were darker in colour than the seeds of no. 2127‐17, indicating the partial dominance of yellow seed over black. In the segregating BC1 progenies of the two crosses, the frequencies of the black‐ and yellow‐seeded plants fit well with a 1 : 1 ratio. In the cross with ‘Quantum’, the frequencies of yellow‐seeded and black‐seeded plants fit with a 13 : 3 ratio in the F₂ progeny, and with a 3 : 1 ratio in the DH progeny. However, a 49 : 15 segregation ratio was observed for the yellow‐seeded and black‐seeded plants in the F₂ progeny of the cross with ‘Sprint’. It was postulated from these results that seed colour was controlled by three pairs of genes. A dominant yellow‐seeded gene (Y) was identified in no. 2127‐17 that had epistatic effects on the two independent dominant black‐seeded genes (B and C), thereby inhibiting the biosynthesis of seed coat pigments.     

甘蓝型油菜皖油20号种子不同部位油脂合成的转录调控分析

甘蓝型油菜是主要的油料作物之一,种子含油量一般在35%～50%。油脂主要储存于油菜种子胚中,胚主要由子叶[包括外子叶(OC)和内子叶(IC)和胚轴(EA)]组成。低芥酸油菜品种皖油20号(WY20)种子不同部位的含油量存在显著差异。WY20的胚中, OC含油量最高, EA含油量最低。同时,脂肪酸组成在种子不同部位也存在差异, EA中棕榈酸(C16:0)、亚油酸(C18:2)及二十碳酸(C20:0)的比例均显著高于子叶,特别是C16:0在EA中的比例约为子叶的2倍。而油酸(C18:1)及二十碳烯酸(C20:1)在子叶中的比例均显著高于EA。硬脂酸(C18:0)在OC中含量最低,在IC和EA中无差别。亚麻酸(C18:3)则在OC中含量最高,在IC和EA中无差异。对发育34d种子的IC、OC和EA进行转录组分析,将三个部位中基因表达定量分析的结果两两比较后共发掘出7192个差异表达基因,其中OC和IC之间差异表达基因数目较少,子叶和EA间有较多的差异表达基因。子叶和胚轴中的差异表达基因富集在光合作用、脂肪酸代谢和叶绿素合成等生物学过程。基因功能注释显示,差异表达基因中有355个和脂质代谢相关,且多集中在质体中脂肪酸从头合成途径。本研究表明油脂合成途径关键基因的差异调控是造成油菜种子不同部位含油量和脂肪酸组成差异的主要因素。