基于SNP遗传图谱定位甘蓝型油菜千粒重QTL位点

【目的】甘蓝型油菜籽粒重量是构成油菜单株产量的三大因素之一（单株有效角果数、每角果粒数、粒重）,是重要的育种目标。通过对5种环境下甘蓝型油菜千粒重进行QTL定位分析,寻找甘蓝型油菜千粒重的QTL及影响本甘蓝型油菜群体千粒重的候选基因。【方法】利用重组自交系群体在德国吉森、重庆北碚5种不同的环境下,测定各株系天然种子千粒重。利用重庆市油菜工程技术研究中心实验室构建的SNP高密度遗传图谱扫描5种环境中的千粒重QTL。该遗传图谱包括2 795个SNP位点,覆盖甘蓝型油菜基因组1 832.9 cM,标记之间的平均距离为0.66 cM。利用Windows QTL Cartographer2.5复合区间作图法对千粒重进行QTL定位。将49个拟南芥粒重相关基因与QTL对应置信区间序列进行同源比较分析（E值<1E^–21）,找出可能与甘蓝型油菜千粒重关联的候选基因。【结果】5种环境中千粒重变异范围较大,且均呈现正态分布,符合QTL定位要求。在5种环境之间千粒重均表现出正相关,其中,2013北碚与2012北碚、2008年吉森达到极显著水平,相关系数分别为0.248和0.249;2012年北碚与2010年北碚、2011年北碚及2008年吉森达到显著相关,相关系数分别为0.226、0.397和0.190。5种环境中共检测到14个QTL,分布在9条染色体,其中,C03染色体3个,A06、A07和C01各有2个,A03、A05、A08、A10和C02染色体上各有1个,LOD值在2.57-6.05,单个QTL解释的表型变异为4.64%-14.13%。与拟南芥粒重基因进行同源性分析,有16个粒重相关基因落在8个QTL置信区间,匹配E值介于0-2E^-21。其中QTL qTSWA07-2区间内筛出7个粒重基因。粒重基因TTG2在qTSWA03-1与qTSWC02-1 2个QTL区间内均被检测到。AHK3在qTSWA07-2、qTSWA08-1与qTSWC01-1区间内被检测到。【结论】利用该套油菜60K芯片准确定位了5种环境条件千粒重的QTL位点,与拟南芥粒重基因比对出该群体油菜粒重基因,该结果有利于不同材料在使用该套SNP芯片分析及对千粒重QTL位点的比对和候选基因的分析。     

不结球白菜BrCOR14基因cDNA全序列克隆及结构特征分析

通过设计保守的基因特异引物,运用RT-PCR、RACE技术从不结球白菜中获得1个抗寒相关基因,命名为BrCOR14,登录号为DQ192529,cDNA全长549 bp,含有387 bp的完整开放阅读框,编码128个氨基酸.该基因编码的氨基酸序列与油菜、拟南芥、荠菜编码的氨基酸序列有极高的同源性.     

苏云金芽胞杆菌酰基高丝氨酸内酯酶基因的克隆及分析

利用pMD18-T克隆载体从苏云金芽胞杆菌菌株WB12中克隆了酰基高丝氨酸内酯酶基因(AHL-lactonase,aiiA).测序结果表明,该基因(GenBank登录号为DQ000642)由753个碱基组成,编码含有250个氨基酸残基的蛋白质.推测该蛋白质分子质量为28 ku,等电点为4.2,不含信号肽序列.利用DNAMAN软件构建同源关系树.结果表明,该蛋白与已报道具有减弱欧文氏菌胡萝卜亚种致病力的11个A iiA蛋白酶氨基酸序列总相似性为81.2%,并含有相同的氨基酸序列保守区.核苷酸序列的BLAST分析结果表明,与之同源性较高的基因均为蜡质芽孢杆菌组aiiA基因(86%-99%).     

不结球白菜BrCBF基因cDNA全序列克隆及结构特征分析

运用RT-PCR和RACE技术从不结球白菜中克隆到1个抗寒相关基因,命名为BrCBF,基因登陆号为DQ402470.其cDNA全长1 003 bp,含有648 bp的完整开放阅读框,编码216个氨基酸,该基因编码的蛋白序列与拟南芥、荠菜、甘蓝型油菜编码的氨基酸序列有极高的同源性,且具有CBF典型的保守结构域AP2.     

甘蓝型油菜株高QTL定位及主效QTL区间候选基因预测

为了研究油菜株高的遗传基础,以2个甘蓝型油菜株系DH-7-9(矮杆)×DH-G-42(高杆)杂交后代连续自交的重组自交系群体(190个家系)为材料,在西宁和武汉2种环境下进行株高性状鉴定,结果显示,该重组自交系群体的株高表现连续变异并且符合正态分布。利用前期构建的遗传连锁图,结合2种环境下株高性状鉴定数据,采用Win QTLcart 2.5软件复合区间作图法(CIM)进行QTL定位和效应估计,结果表明,在2种环境下共检测到11个与株高性状相关的QTL,单个QTL可解释的表型变异为1.17%~10.45%。在A10连锁群上,主效QTL(q PH-X-A10或q PHW-A10)在两环境下可重复检测到,可解释10.24%~10.45%的表型变异。将156个拟南芥株高基因与该主效QTL置信区间对应的油菜基因组上的723个基因进行同源比较分析,在主效QTL区域内预测到2个株高候选基因Bna A10g07740D和Bna A10g12020D,其对应的拟南芥同源基因分别为ATGA20ox2、GA5/ATGA20ox1和STA1,均与拟南芥株高相关。     

甘蓝型油菜角果长度全基因组关联分析

【目的】挖掘与油菜角果长度性状显著相关的SNP位点及候选基因,为揭示油菜角果长度性状的遗传基础和分子机制提供理论依据,为油菜产量分子标记辅助选择育种奠定基础。【方法】在江西农业大学试验地和江西省红壤研究所试验地2个环境下考察300份甘蓝型油菜自交系的角果长度性状,利用简化基因组测序技术(specific locus amplified fragment sequencing,SLAF-seq)对300份甘蓝型油菜自交系基因组DNA进行测序并分析,利用获得的均匀分布于甘蓝型油菜基因组上的201 817个群体SNP(single nucleotide polymorphism,SNP)对角果长度性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),探测与油菜角果长度显著相关的SNP位点,并基于群体连锁不平衡分析结果搜寻显著SNP位点两侧100 kb范围内的基因,通过BLAST获得关联区域内基因的注释信息,根据注释信息找出与性状相关的候选基因。【结果】农大试验地角果长度表型变异幅度为46.35—107.07 mm;红壤所试验地角果长度表型变异幅度为39.41—101.35 mm,两性状在2个环境下均表现出广泛表型变异。通过一般线性模型(general linear model,GLM)关联分析,农大环境下共检测到121个角果长度显著关联的SNP位点,分布在A04、A06、A08、A09、C02、C03、C06和C09等8条染色体上,其中,A09染色体上分布最多(83个SNP),红壤所环境下检测到22个角果长度显著关联的SNP位点,其中,1个在C09染色体上,其余21个均分布于A09染色体,在两地探测到20个一致性SNP位点;通过混合线性模型(mixed linear model,MLM)分析,农大环境下共检测到5个角果长度显著关联的SNP位点,其中,3个SNP位点与红壤所环境下检测到3个SNP位点一致,所有位点均位于A09染色体上。对MLM关联分析得到的显著SNP位点两侧100 kb区域内基因进行搜寻并进行功能注释,发现多个候选基因参与调节碳水化合物的运输与合成、花器官和种子的发育、信号转导等,它们可能通过上述功能影响油菜角果的生长,导致角果长度的差异。【结论】通过GLM和MLM两种分析方法探测到多个与油菜角果长度性状显著关联的基因位点,并在显著性位点附近搜寻到相关候选基因。     

Ultrastructural studies of seed coat and cotyledon during rapeseed maturation

Brassica napus L.(B. napus) is an important oil crop worldwide and it rapidly accumulates oil at late stage of seed maturation. However, little is known about the cellular mechanism of oil accumulation and seed color changes during the late stage of rapeseed development. Here, we analyzed the ultrastructure of seed coat, aleurone and cotyledon in embryos of B. napus from 25 to 70 days after flowering(DAF). The pigments, which were deposited on the cell wall of palisade cells in seed coat, determined dark black color of rapeseed. The chloroplasts degenerated into non-photosynthetic plastids which caused the green cotyledon to turn into yellow. The chloroplasts in aleurone and cotyledon cells respectively degenerated into remnants without inner and outer envelope membranes and ecoplasts with intact inner and outer envelope membranes. From 40 to 70 DAF, there were degraded chloroplasts without thylakoid, oil bodies contacting with plastids or protein bodies, big starch deposits of chloroplasts degrading into small particles then disappearing, and small endoplasmic reticulum(ER) in aleurone and cotyledon cells. Additionally, there were decreases of chlorophyll content and dramatic increases of oil content in rapeseed. These results suggested that the rapid oil accumulation was independent on the NADPH synthesized by photosynthesis of chloroplasts and probably utilized other sources of reductant, such as the oxidative pentose phosphate pathway during the late stage of rapeseed development. The triacylglycerol assembly presumably utilizes the enzymes in the plastid, cytosol or oil body of cotyledon and aleurone cells.     

BnaYUCCA10基因在不同油酸含量油菜中的表达

为明晰油菜BnaYUCCA10基因与油酸含量之间的关系,以miRNA测序得到的BnaYUCCA10基因为对象,采用实时荧光定量PCR(RT–PCR)技术研究BnaYUCCA10基因在30份不同油酸含量的甘蓝型油菜不同部位和生长时期的表达情况,并对BnaYUCCA10基因是否参与油酸的代谢进行分析.结果表明:营养生长期大...     

橄榄星室木虱乙酰胆碱酯酶基因的克隆与序列分析

利用RT-PCR法和PCR法克隆到橄榄星室木虱乙酰胆碱酯酶基因(Ace)的2个片段,其中cDNA片段长66bp,翻译获得的氨基酸1～11位与家蝇等13种昆虫相应的序列相同或仅相差1个氨基酸,该序列在GenBank数据库中的接受号为DQ417582;基因组DNA片段长499bp,2个外显子连在一起与意大利蜜蜂等13种昆虫相应基因的氨基酸同源性均高于88%,该序列在GenBank数据库中的接受号为DQ425028。此结果为进一步研究橄榄星室木虱对杀虫剂抗性的分子机理奠定了基础。     

Identification of quantitative trait loci and candidate genes controlling seed pigments of rapeseed

Rapeseed (Brassica napus L.) is an important source of edible vegetable oil and feed protein; however, seed pigments affect the quality of rapeseed oil and the feed value of the residue from oil pressing. Here, we used a population of rapeseed recombinant inbred lines (RILs) derived from the black-seeded male parent cultivar Zhongyou 821 and the yellow-seeded female parent line GH06 to map candidate genes controlling seed pigments in embryos and the seed coat. We detected 94 quantitative trait loci (QTLs) for seed pigments (44 for embryos and 50 for seed coat), distributed over 15 of the 19 rapeseed chromosomes. These included 28 QTLs for anthocyanidin content, explaining 2.41–44.66% of phenotypic variation; 24 QTLs for flavonoid content, explaining 2.41–20.26% of phenotypic variation; 16 QTLs for total phenol content, accounting for 2.74–23.68% of phenotypic variation; and 26 QTLs for melanin content, accounting for 2.37–24.82% of phenotypic variation, indicating that these traits are under multigenic control. Consensus regions on chromosomes A06, A09 and C08 were associated with multiple seed pigment traits, including 15, 19 and 10 QTLs, respectively, most of which were major QTLs explaining >10% of the phenotypic variation. Based on the annotation of the B. napus “Darmor-bzh” reference genome, 67 candidate genes were predicted from these consensus QTLs regions, and 12 candidate genes were identified as potentially involved in pigment accumulation by RNA-seq and qRT-PCR analysis. These preliminary results provide insight into the genetic architecture of pigment biosynthesis and lay a foundation for exploring the molecular mechanisms underlying seed coat color in B. napus.     

芥蓝(Brassica alboglabra)苯丙氨酸解氨酶基因BaPAL的克隆、表达与序列分析

根据NCBI数据库中拟南芥、甘蓝型油菜和菘蓝的苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)基因序列设计简并引物,从芥蓝叶片cDNA中克隆到1个PAL基因,定名为BaPAL.BaPAL编码区全长2 145 bp,编码714个氨基酸,在NCBI的登录号为FJ849059.半定量RT-PCR结果表明,BaPAL基因在茎、叶、花蕾、开放花朵和嫩角果中均有表达,而且以开放花朵的表达量最大,根中未能检测到.BaPAL与其他植物PAL序列比对的结果表明:芥蓝与甘蓝型油菜、白菜的关系最为接近,与同科的菘蓝和拟南芥的关系稍远,但它们都处于同一进化分支;跟蕨类植物的同源性最低,亲缘关系最远.     

生长素合成关键酶基因iaaM种子特异表达载体的构建及转基因油菜的获得

生长素是重要的植物激素,它对植物的生长发育具有重要的调控作用,它能诱导营养物质向其含量高的部位运输。通过转基因技术提高内源生长素在油菜种子中的含量,诱导营养物质向种子运输,为提高油菜灌浆速度,增加产量提供了新的研究方向。iaaM基因编码的色氨酸单加氧酶是催化色氨酸(Trp)转变为生长素(IAA)的关键酶,将iaaM基因与油菜(Brassica napusL.)种子发育早期特异性表达的储藏蛋白专一性启动子(Napin)融合并插入植物表达载体pCAMBIA3301中,构建iaaM基因的种子特异表达载体,并经农杆菌介导转化甘蓝型油菜。经PPT抗性筛选、GUS组织化学检测、PCR检测,初步证实外源基因已整合进油菜基因组,获得转基因植株。     

油菜β-CT亚基编码基因accD的SNPs分析及其分子进化

以含油量不同的32份甘蓝型油菜自交纯合系为材料,用直接测序法筛查β-CT亚基的accD编码基因DNA序列的单核苷酸多态性,包括98%的编码区序列共1380 bp。在32份材料中只在材料18和20两个材料中发现了一个相同的SNP,SNP频率为1/1380,单倍型多态性指数Hd=0.121;核苷酸多态性π=0.00009,θ=0.00018。Tajima’s D值为不显著负值,Fu&Li’s检测,各个参数均为不显著正值,Z检验结果中(dN-dS)值也为不显著正值,说明accD基因没有偏离中性进化。系统发育树表明,accD基因在所选的32个油菜材料中是高度保守的,与拟南芥的序列相似度高达95.7%,说明accD基因在物种间也是高度保守的。暗示其在种子油脂合成过程中起着不可替代的作用,此外说明,仅用β-CT亚基编码基因的单核苷酸多态性还不能解释含油量复杂的表现型,还需在更大的群体资源中扩增accD编码基因和其它亚基编码基因进行单核苷酸多态性与含油量表型的相关性研究。     

油菜原花色素合成途径基因的克隆及进展

原花色素是类黄酮生物合成途径的终端产物,其基因调控网络在拟南芥、葡萄等基因组已经测序的植物中得到充分阐释。种皮中原花色素的积累与种子颜色、种子休眠和寿命有关。油菜种皮中原花色素的积累决定种皮颜色,同时影响种子的油分含量。本文综述了通过图位克隆、同源克隆和电子克隆等途径克隆油菜原花色素合成途径基因的进展,分析了在油菜中已经克隆的部分原花色素合成途径基因与种皮颜色的关系,提出了如何利用已经公开的油菜、白菜基因组序列通过筛选BAC文库得到基因不同拷贝的全长序列的综合路径,列举了笔者运用该方法已经克隆的部分原花色素合成途径基因拷贝数,以期揭示油菜原花色素形成积累的基因调控网络。     

芥蓝黑芥子酶基因的克隆与原核表达

根据GenBank上已公布的植物黑芥子酶基因序列设计引物,采用RT-PCR和3′/5′-RACE相结合的方法,从芥蓝中克隆出黑芥子酶基因全长cDNA序列.序列全长为1832 bp,开放阅读框为1647 bp,编码549个氨基酸,含有糖基水解酶家族Ⅰ(Glyco_hydro_1)活性位点,GenBank登录号为DQ767973.该核苷酸序列与十字花科其他植物的黑芥子酶基因序列具有较高的同源性,同油菜、萝卜、芥菜和大白菜的同源性达90%以上.利用pET28-α(+)构建芥蓝黑芥子酶基因的原核表达载体,转入大肠杆菌BL21,经IPTG诱导表达,SDS-PAGE检测表明表达蛋白的分子质量约为65 ku.     

甘蓝型油菜氮高效的生理与分子遗传基础研究进展

氮是植物生长发育所必需的大量营养元素。油菜对氮肥的需求量较大,氮肥利用率低。不同油菜品种的氮效率存在较大的基因型差异。与氮低效基因型油菜相比,氮高效基因型油菜在氮的吸收、转运、代谢、光合作用以及再利用等方面表现出显著的优势。同时,参与上述过程的基因包括硝酸根转运基因(NRT)、铵离子转运基因(AMT)、编码植物氮代谢相关酶类的基因以及其他基因等的表达水平也受到氮水平的显著影响,并在氮高、低效基因型间表现出显著的差异。本文主要从甘蓝型油菜氮效率的基因型差异、氮高效的生理与分子遗传基础等方面简要介绍了近年来关于甘蓝型油菜氮效率方面的研究进展。     

君子兰八氢番茄红素合成酶基因的克隆与序列分析

根据GenBank上登陆的黄水仙八氢番茄红素合成酶基因(登录号:X78814.1)设计特异引物,通过PCR扩增从君子兰cDNA中克隆出一个1.4 kb的片段。序列分析表明,这个序列全长1 395 bp,包含一个1 272 bp的开放阅读框,并且编码423个氨基酸。与水仙(DQ984674)、文心兰(FJ859988)和茶花(EF545005)相比,此cDNA序列显示出98%~76%的同源性,并且与水仙、猕猴桃、番茄和柿相比,其氨基酸序列显示出达到了99%~80%的同源性。由此可知,研究所克隆的序列为君子兰的PSY全长基因,该PSY基因已登陆GenBank(登录号:JF499694)。     

Identification of suitable reference genes in leaves and roots of rapeseed(Brassica napus L.)under different nutrient deficiencies

Nutrient deficiency stresses often occur simultaneously in soil. Thus,it's necessary to investigate the mechanisms underlying plant responses to multiple stresses through identification of some key stress-responsive genes. Quantitative real-time PCR(qRT-PCR)is essential for detecting the expression of the interested genes,of which the selection of suitable reference genes is a crucial step before qRT-PCR. To date,reliable reference genes to normalize qRT-PCR data under different nutrient deficiencies have not been reported in plants. In this study,expression of ten candidate reference genes was detected in leaves and roots of rapeseed(Brassica napus L.)after implementing different nutrient deficiencies for 14 days. These candidate genes,included two traditionally used reference genes and eight genes selected from an RNASeqdataset. Two software packages(Ge Norm,Norm Finder)were employed to evaluate candidate gene stability. Results showed that VHA-E1 was the highest-ranked gene in leaves of nutrient-deficient rapeseed,while VHA-G1 and UBC21 were most stable in nutrient-deficient roots. When rapeseed leaves and roots were combined,UBC21,HTB1,VHA-G1 and ACT7 were most stable among all samples. To evaluate the stabilities of the highest-ranked genes,the relative expression of two target genes,Bn Trx1;1 and Bn Pht1;3 were further determined. The results showed that the relative expression of Bn Trx1;1 depended on reference gene selection,suggesting that it's necessary to evaluate the stability of reference gene prior to qRT-PCR. This study provides suitable reference genes for gene expression analysis of rapeseed responses to different nutrient deficiencies,which is essential for elucidation of mechanisms underlying rapeseed responses to multiple nutrient deficiency stresses.     

甘蓝SRK底物蛋白基因的克隆与序列分析

采用PCR、3’RACE以及其他分子生物学方法,以甘蓝基因组DNA和柱头cDNA为模板对SSP基因进行扩增克隆,得到长度分别为778 bp和825 bp的基因片段。序列分析表明,甘蓝SSP基因不包含内含子,SSP核苷酸序列与拟南芥肽酶M28家族蛋白有同源性,序列相似性达到67.4%,两者的氨基酸序列相似性达到62.7%,而且都含有一个TFR_dimer结构域,推测SSP蛋白极有可能与在自交不亲和过程中受ARC1作用而泛素化了的某一未知蛋白的降解相关。     

芥菜型油菜优良性状导入甘蓝型油菜研究

分析了芥菜型油菜独具的优良性状,提出了通过种间杂交将芥菜型油菜优良基因导入甘蓝型油菜的基本程序,并对所获得的甘蓝型油菜黄籽超高油分、细胞质雄性不育恢复系、极早熟、高油酸和矮杆抗倒等新种质进行了介绍。