甘藍(lán)型油菜分枝角度和莖稈倒伏性狀的遺傳基礎(chǔ)解析.pdf

1、油菜是世界上最重要的油料作物之一，中國油菜種植面積和菜籽產(chǎn)量均居世界前列。油菜株型對其產(chǎn)量具有重要影響，分枝角度是決定油菜株型的主要性狀之一。此外，分枝角度還影響油菜的種植密度和機(jī)械化收獲。莖稈倒伏是油菜的兩種倒伏類型之一，其不僅與油菜株型密切相關(guān)，而且還會造成油菜產(chǎn)量損失和菜籽品質(zhì)降低。鑒于分枝角度和莖稈倒伏性狀對于油菜生產(chǎn)的重要影響，了解其分子作用機(jī)制和挖掘優(yōu)良候選基因?qū)τ谟筒说倪z傳改良顯得尤為重要。本研究首先利用兩個甘藍(lán)型油菜分離

2、群體對分枝角度和莖稈抗折力性狀進(jìn)行遺傳分析研究，隨后利用472份甘藍(lán)型油菜構(gòu)建的關(guān)聯(lián)作圖群體對分枝角度和莖稈倒伏相關(guān)性狀（莖稈抗折力、莖稈直徑、莖稈強(qiáng)度和倒伏系數(shù)）進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，最后對在分枝角度和莖稈抗折力性狀上存在顯著差異的甘藍(lán)型油菜進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序分析。主要研究結(jié)果如下:
　　1.分枝角度性狀的遺傳分析
　　利用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型分析方法，對甘藍(lán)型油菜2個分離群體F2和F2∶3的分枝角度性狀分別

3、進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果顯示F2代分枝角度性狀的最適模型是1MG-AD模型，而F2∶3代是1MG-A模型，即分枝角度受到一對主基因控制，主基因間具有加性-顯性效應(yīng)或只具有加性效應(yīng)。
　　2.分枝角度的全基因組關(guān)聯(lián)分析
　　利用蕓薹屬60K SNP芯片對關(guān)聯(lián)作圖群體進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果顯示472份甘藍(lán)型油菜能夠分配到3個亞群，分別包含64份、199份和209份材料。單倍型塊分析表明，甘藍(lán)型油菜基因組上存在2423個單倍型塊，總長度

4、為181.53Mb，覆蓋28.28％的染色體區(qū)域。此外，大的單倍型塊(≥1Mb)往往位于C基因組并且在著絲粒附近富集。油菜植株隨著分枝部位的逐漸升高，分枝角度也逐漸增大，植株中部3個分枝的角度值最能夠代表全株分枝的角度。分枝角度在作圖群體中存在廣泛的表型變異。利用MLM和MRMLM兩種模型分別鑒定到46和38個與分枝角度顯著關(guān)聯(lián)的QTL，對表型變異的累計解釋率分別為62.2％和66.2％。在這些QTL中，分別鑒定到73和64個候選基因，

5、包括在油菜中第一次鑒定桷Bna.TAC1(BnaC04g00780D)、Bna.SGR1(BnaC08g25070D)、Bna.SGR3(BnaA06g35880D和BnaC09g19750D)和Bna.SGR5(BnaA06g34390D)。
　　3.分枝角度差異材料的轉(zhuǎn)錄組分析
　　對2個分枝角度存在顯著差異的油菜材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序分析，在兩個材料分枝的背地側(cè)和近地側(cè)之間共同上調(diào)的基因中鑒定到49個與生長素反應(yīng)相關(guān)的差異

6、表達(dá)基因，其中包括Bna.YUCCA6（BnaC09g03930D）和Bna.IAA19(BnaC03g39170D);在共同下調(diào)的基因中鑒定到32個與生長素反應(yīng)相關(guān)的差異表達(dá)基因，包括Bna.AXR3（BnaCnng41350D）和Bna.SGR5（BnaC07g48900D）。另外，5個TCP1基因（BnaA02g13010D、BnaA07g26270D、BnaA07g25110D、BnaC06g26860D、BnaC06g2833

7、0D）在2個材料的背地側(cè)組織中共同上調(diào)表達(dá)，2個YABB Y2基因（BnaA06g04870D和BnaC08g13560D）共同下調(diào)表達(dá)，并且這些共同表達(dá)基因在分枝的背地側(cè)和近地側(cè)的差異表達(dá)倍數(shù)存在差異。聯(lián)合GWAS和RNA-seq分析，共同鑒定到22個基因，包括1個Bna.TAC1(BnaA05g01220D)和2個Bna.LAZY1(BnaA10g19550D和BnaC03g06250D)。
　　4.莖稈抗折力的遺傳分析

8、>　　甘藍(lán)型油菜兩個分離群體6個世代（P1、P2、F1、B1∶2、B2∶2和F2∶3）莖稈抗折力的聯(lián)合遺傳分析顯示，該性狀的最適模型為MX2-ADI-ADI，即兩對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因模型;該性狀受兩對主基因和微效多基因共同控制，以主基因遺傳為主，兩個群體的平均主基因遺傳率分別為19.46％和69.93％。兩對主基因的加性效應(yīng)和顯性效應(yīng)在一個群體中作用方向相反，而在另一個群體中作用方向相同，同時還存在多種上

9、位性效應(yīng)。兩個群體中環(huán)境變異占到表型變異的54.68％和13.23％，說明環(huán)境對莖稈強(qiáng)度的影響較大。
　　5.莖稈倒伏性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析
　　莖稈抗折力、莖稈直徑、莖稈強(qiáng)度和倒伏系數(shù)4個莖稈倒伏相關(guān)性狀在作圖群體中存在廣泛的表型變異。四個性狀間存在顯著相關(guān)。關(guān)聯(lián)分析分別檢測到與莖稈抗折力、莖稈直徑、莖稈強(qiáng)度和倒伏系數(shù)顯著關(guān)聯(lián)的26、18、17和13個QTL，并在這些位點(diǎn)中鑒定到29、19、18和25個候選基因，包括莖稈抗

10、折力的候選基因Bna.ESK1(BnaC08g26920D)和Bna.CESA6(BnaA09g06990D)、莖稈直徑的候選基因Bna.EXPA16（BnaC08g26400D）和Bna.BRX（BnaA08g07050D）、莖稈強(qiáng)度的候選基因Bna.FRA2（BnaC02g23170D）和Bna.ARF2(BnaA05g14370D)以及倒伏系數(shù)的候選基因Bna.CEL5（BnaA07g10240D）和Bna.IRX14-L(Bna

11、A07g12000D)。
　　6.莖稈抗折力差異材料的轉(zhuǎn)錄組分析
　　在花期和角果前期對高、低莖稈抗折力材料進(jìn)行RNA-Seq分析，發(fā)現(xiàn)在花期上調(diào)表達(dá)的基因有1679個、下調(diào)表達(dá)的有2586個，在角果期上調(diào)表達(dá)的基因706個、下調(diào)表達(dá)的414個。在2個發(fā)育時期發(fā)現(xiàn)一個共同上調(diào)表達(dá)的基因Bna.TBL1（BnaC01g23560D）和一個共同下調(diào)表達(dá)的基因Bna.ARF2(BnaA05g14370D)。鑒定到7個差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄

12、因子，包括MYB類的MYB26、MYB43、MYB61和MYB85，WRKY類的WRKY47以及KNAT7。權(quán)重基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析(WGCNA)和GO富集分析發(fā)現(xiàn)，‘綠色’模塊內(nèi)的基因或主要在花期參與莖稈強(qiáng)度的調(diào)控并且主要通過參與纖維素的合成與代謝途徑來完成。聯(lián)合RNA-Seq、GWAS和WGCNA鑒定到Bna.ARF2(BnaA05g14370D)、Bna.CESA6（BnaA09g06990D）和Bna.FRA8(BnaC04g39