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。     

不同海拔环境中甘蓝型油菜RIL主要性状的差异分析

为研究海拔高度对甘蓝型油菜RIL群体主要性状的影响,运用方差分析、相关及通径分析方法,比较了在两种不同海拔环境条件下,两个甘蓝型油菜重组自交系（RIL）群体的种子千粒重、含油量、蛋白质含量、皮壳率以及黄籽度等5个主要性状的差异.结果表明：①5个性状都呈连续变异,表现多基因控制的数量性状特点,其中千粒重、含油量和蛋白质含量的频率分布符合正态分布;②高海拔环境的含油量要显著高于低海拔环境,低海拔的蛋白质含量要显著高于高海拔地区,含油量与蛋白质含量呈极显著的负相关;③高海拔环境中的含油量＋蛋白质含量显著地高于低海拔地区;④海拔环境对黄籽度的影响不显著;⑤海拔环境对皮壳率和千粒重的影响可能与群体基因型有关.     

甘蓝型油菜SRAP、SSR、AFLP和TRAP标记遗传图谱构建

以黄籽GH06为母本、黑籽P174为父本杂交得到的第6代重组自交系188个株系为作图群体,通过SRAP、SSR、AFLP和TRAP四种分子标记对该群体进行遗传连锁分析,构建了一张包含20个连锁群、300个标记位点的甘蓝型油菜分子遗传图谱(LOD≥3.0),包括202个SRAP标记、65个SSR标记、23个AFLP标记和10个TRAP标记。图谱总长度1273.7cM,标记间平均距离为4.25cM。连锁群上的标记数在4～56个之间,连锁群长度变动在37.1～109.2cM之间,群内平均图距在1.80～14.20cM之间。LG1包含的标记最多,有56个;标记最少的连锁群(LG9、LG18、LG20)只有4个。LG13的平均图距最大,为14.20cM;LG6的平均图距最小,仅为1.80cM。在整个图谱上,存在图距大于20cM的空隙6个。本研究首次将SRAP及TRAP标记用于甘蓝型油菜遗传图谱的构建,结果表明,SRAP及TRAP标记在甘蓝型油菜遗传图谱的构建上是一种良好的标记系统。     

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。     

甘蓝型油菜蔗糖磷酸合酶(SPS)基因家族成员鉴定及表达分析

蔗糖磷酸合酶(sucrose phosphate synthase, SPS)是调控植物蔗糖合成的限速酶, 对光合产物的转运和积累有重要影响。利用拟南芥SPS蛋白保守结构域在甘蓝型油菜基因组数据库鉴定出11个甘蓝型油菜SPS基因家族成员, 根据系统进化分析将其分成A、B和C共3个亚家族。基因结构预测表明, SPSC-1有5个外显子, 其他SPS基因均有11~15个外显子。顺式作用元件分析表明, 油菜SPS基因除含基本的启动子保守元件外, 还含有许多与逆境和激素响应相关的顺式作用元件。实时荧光定量PCR结果表明, BnSPSA1在花中表达量最高, BnSPSA2在各组织中均有不同程度的表达, BnSPSB只在叶、蕾和花中表达, BnSPSC在叶中表达量最高, 在蕾和花中有少量表达而在其他组织中基本不表达, 说明SPS基因在甘蓝型油菜中的表达具有明显的组织特异性; BnSPSA1和BnSPSC在高生物产量油菜叶片中的表达高于低生物产量油菜, BnSPSB则在低生物产量油菜中的表达量更高, 说明SPS基因与油菜生物产量密切相关。本研究为油菜SPS基因的功能研究和利用奠定了基础。     

甘蓝型油菜茎秆菌核病抗性与木质素及其单体比例的相关性分析及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。F_2:3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。     

类黄酮物质及查尔酮合酶在油菜性状改良中的作用

类黄酮化合物(Flavonoids)是一类重要的植物次生代谢产物,查尔酮合酶(CHS)是类黄酮物质形成步骤中的一个关键酶,影响植物的多种重要性状.油菜是重要的经济作物,许多植物的CHS基因已经被克隆并进行了基因工程的研究,但CHS与油菜性状发育的关系和分子机理的研究还十分欠缺.本文简略综述了类黄酮物质的结构、分布、功能、CHS基因在类黄酮途径中的重要作用、植物界CHS基因克隆和基因工程的研究进展,重点论述了CHS在油菜的种皮色泽、花瓣颜色、异花传粉、花粉育性、抗紫外线能力、茎表紫色、抗病能力等性状形成中可能的重要作用,并提出了通过对CHS基因的表达调控来改良这些性状的可能性.     

甘蓝型油菜茎秆纤维组分含量和木质素单体G/S 近红外模型构建

【目的】探索近红外光谱分析技术在甘蓝型油菜茎秆纤维组分含量及木质素单体G/S测定中应用的可能性。【方法】采集近红外光谱,根据马氏距离GH（Global H）筛选出103份纤维组分含量材料和75份木质素单体G/S材料作为定标样品,采用Van Soest法和GC-MS法对茎秆纤维组分含量和木质素单体比例进行测定,统计结果表明定标样品化学测定值变异范围较大,3次重复差异较小,可用于近红外模型构建。运用不同光谱预处理方法和化学计量学方法建立校正模型,对比各模型性能参数,筛选出最优定标模型并用检验集对模型进行验证。【结果】采用修正偏最小二乘法（MPLS）建立模型最佳。中性洗涤纤维（neutral detergent fiber,NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber,ADF）、酸性洗涤木质素（acid detergent lignin,ADL）与木质素单体G/S的交叉验证相关系数（1-VR）分别为0.864、0.861、0.872和0.920,定标相关系数（RSQ）分别为0.892、0.891、0.907和0.953。用检验集对模型进行验证,NDF、ADF、ADL及木质素单体G/S模型的外部检验相关系数（RSQ）分别为0.837、0.818、0.870和0.935,其预测标准差（SEP）为0.680、0.636、0.348和0.054。【结论】试验所建模型质量较好,能快速测量茎秆纤维组分含量和木质素单体G/S,可为油菜抗病抗倒伏育种研究提供技术支持。     

航天诱变高油酸甘蓝型油菜突变体分子标记的筛选

【目的】利用与候选基因FAD2紧密连锁的SSR标记对航天诱变的高油酸F2群体进行SSR标记分析,筛选与该高油酸性状紧密连锁的SSR标记及分析其突变位点。【方法】F2群体母本10L421为黄籽低油酸高亚麻酸自交系,父本10L422为航天诱变的高油酸低亚麻酸的突变株自交系后代。对4条染色体（A05、A01、C05及C01）上的候选基因FAD2上下游100 kb区域设计的148对SSR引物在两亲本、高低油酸混合池及F2群体中进行分析。亲本及群体油酸含量采用气相色谱分析,根据分子标记结果对F2群体油酸含量进行单标记分析。【结果】有36对引物在亲本间表现多态性,多态频率为24%。其中10对SSR引物在2个亲本和高油酸、低油酸极端群体间均具有相同的多态性。显著性检验和单标记分析表明,A05和A01上与FAD2共分离的SSR标记在0.01显著水平上与油酸性状相关,单标记分析分别解释表型变异31.1%和29.4%。【结论】A05和A01染色体上的FAD2是控制该突变体材料高油酸性状变异的主效位点,且该高油酸突变体是由于A05和A01上FAD2的双隐性突变所致。     

甘蓝型油菜胚色素成分的QTL定位

以甘蓝型黄籽油菜GH06和甘蓝型黑籽油菜中油821为亲本杂交,后代通过“一粒传法”连续自交7代构建重组自交系, 2007年分别在重庆市北碚区和万州区两个试验基地种植重组自交系群体, 利用本实验室已构建的遗传连锁图谱和复合区间作图法(CIM), 分析种胚色素的4种主要成分的QTL。结果共检测到31个QTL, 分别位于14个不同的连锁群, 其中5个花色素含量有QTL, 分别位于第1、5、10、16和20连锁群,单个QTL解释表型变异的6.08%~11.67%;10个类黄酮含量有QTL, 分别位于第1、3、6、7、12、20和25连锁群,单个QTL解释表型变异的4.48%~11.10%;8个总酚含量有QTL, 分别位于第1、2、12、16和20连锁群,单个QTL解释表型变异的5.24%~10.37%;8个黑色素含量检测到QTL, 分别位于第5、8、10、12、14和22连锁群,单个QTL解释表型变异的5.44%~11.32%。解释表型变异大于10%的5个QTL, 包括2个类黄酮含量QTL, 花色素含量、总酚含量和黑色素含量QTL各1个,它们分别解释11.10%、10.20%、11.67%、10.37%和11.32%的表型变异。研究结果表明胚色素表现为多基因控制的数量性状, 基因表达受环境影响较大, 胚与种皮色素的QTL吻合度不高, 推测种皮和胚色素合成可能受不同遗传体系控制, 与这些QTL紧密相关的分子标记可以用于胚主要色素的分子标记辅助选择。