甘藍(lán)型油菜株高、第一分枝高度和分枝數(shù)的QTL定位以及株高候選基因的克隆.pdf

1、甘藍(lán)型油菜是我國(guó)重要的油料作物，其不僅是食用植物油的主要來(lái)源之一，同時(shí)也是優(yōu)質(zhì)飼料蛋白的重要來(lái)源。如何提高油菜產(chǎn)量一直是油菜研究的首要育種目標(biāo)，此外抗病、抗倒伏、實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲也是當(dāng)前油菜育種的目標(biāo)之一。大量研究表明，株高、第一分枝高度和分枝數(shù)是油菜單株產(chǎn)量的間接決定因子，同時(shí)，株高也是抗倒伏、實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收割育種目標(biāo)的關(guān)鍵。因此解析其遺傳基礎(chǔ)，選育出理想的株型是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵步驟。本研究采用甘藍(lán)型黃籽油菜GH06和甘藍(lán)型黑籽油菜P1

2、74組合雜交所得的重組自交系群體為對(duì)象，調(diào)查了株高、第一分枝高度以及分枝數(shù)3個(gè)與甘藍(lán)型油菜產(chǎn)量相關(guān)的農(nóng)藝性狀的表型變異，結(jié)合前期利用覆蓋全基因組的SNP標(biāo)記構(gòu)建的RIL群體遺傳連鎖圖譜和3個(gè)性狀的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行了QTL的定位與分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴調(diào)查結(jié)果顯示，3個(gè)性狀在RIL群體中均表現(xiàn)為連續(xù)正態(tài)分布，存在雙向超親分離現(xiàn)象，其中株高變異范圍164-271cm，第一分枝高度變異范圍為41-92.1cm，分枝數(shù)的變異范圍為

3、8.3-11.3。相關(guān)分析表明，同一性狀三年的表型呈顯著正相關(guān)，其中株高在2013年與2015年的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.981；性狀間，株高與第一分枝高度呈極顯著正相關(guān)，其中2013年的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.468；第一分枝高度與分枝數(shù)則表現(xiàn)為極顯著負(fù)相關(guān)，其中2014年的相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.475，而株高與分枝數(shù)之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性。同時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)室已構(gòu)建好的近紅外莖稈纖維組分分析模型，測(cè)定 RIL群體莖稈纖維組分含量，相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)莖稈木質(zhì)素含量與株高

4、呈顯著或極顯著正相關(guān)，其中2014年相關(guān)系數(shù)最高為0.301。進(jìn)一步測(cè)定木質(zhì)素單體含量發(fā)現(xiàn)，S型單體與株高呈極顯著正相關(guān)，2015年相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.322。據(jù)此推測(cè)莖稈木質(zhì)素含量特別是 S型單體含量在株高的形態(tài)建成中扮演著重要的角色。⑵利用SNP遺傳連鎖圖譜對(duì)連續(xù)三年RIL群體的株高、第一分枝高度以及分枝數(shù)進(jìn)行QTL檢測(cè)，共檢測(cè)到68個(gè)QTL，其中株高28個(gè)，第一分枝高度12個(gè)，分枝數(shù)28個(gè)。3個(gè)性狀在部分連鎖群上能夠被重復(fù)檢測(cè)到，表明

5、其遺傳穩(wěn)定，而絕大多數(shù)QTL只在單一年份被檢測(cè)到，說(shuō)明這些QTL受環(huán)境影響較大。此外，3個(gè)性狀的QTL在A、C基因組間分布較為均勻，但在連鎖群間分布極不均勻，在部分連鎖群上存在不同性狀的QTL置信區(qū)間部分或完全重疊的現(xiàn)象，暗示了株高、第一分枝高度以及分枝數(shù)之間存在一因多效效應(yīng)或緊密連鎖關(guān)系。在 C07連鎖群上一個(gè)20.6 cM的區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到17個(gè)與株高、第一分枝高度以及分枝數(shù)相關(guān)的QTL，形成一個(gè)QTL簇。其中株高和第一分枝高度表現(xiàn)為主

6、效QTL，其增效等位基因來(lái)自母本GH06，分枝數(shù)在該區(qū)域三年中都能重復(fù)檢測(cè)到QTL，但效應(yīng)值較小，其增效等位基因來(lái)自父本 P174，這些結(jié)果表明在該區(qū)域內(nèi)存在控制株高、第一分枝高度和分枝數(shù)的QTL緊密連鎖或一因多效的現(xiàn)象，同時(shí)表明該區(qū)域可能存在決定株高和第一分枝高度的遺傳因子。⑶利用先前報(bào)道的擬南芥株高、分枝高度以及分枝數(shù)相關(guān)基因與檢測(cè)到的QTL置信區(qū)間進(jìn)行同源比對(duì)，其中25個(gè)與株高相關(guān)的QTL置信區(qū)間內(nèi)共檢測(cè)到48個(gè)候選基因，16個(gè)分

7、枝數(shù)QTL置信區(qū)間內(nèi)共檢測(cè)到29個(gè)候選基因，而第一分枝高度只在C05連鎖群上的QTL置信區(qū)間檢測(cè)到5個(gè)候選基因。這些候選基因的生物學(xué)功能主要涉及赤霉素、生長(zhǎng)素以及油菜素內(nèi)酯等激素的生物合成、代謝、響應(yīng)以及信號(hào)通路等。位于C07連鎖群上的QTL簇內(nèi)檢測(cè)到多個(gè)與赤霉素生物合成相關(guān)的候選基因，暗示了該QTL區(qū)域的形成極有可能與赤霉素的合成基因有關(guān)。⑷對(duì)株高候選基因 BnGA3進(jìn)行克隆、測(cè)序，生物信息學(xué)分析表明：BnGA3基因由6個(gè)外顯子和5個(gè)

8、內(nèi)含子構(gòu)成，其編碼蛋白屬于依賴細(xì)胞色素P450的KO蛋白。其差異表現(xiàn)在兩個(gè)親本的BnGA3基因分別編碼498和499個(gè)氨基酸，分子量分別為57.02kD和56.97kD，理論等電點(diǎn)分別為6.62和6.75，此外，兩個(gè)親本的BnGA3基因編碼蛋白在一級(jí)結(jié)構(gòu)上存在13個(gè)氨基酸殘基的差異。但氨基酸數(shù)目的差異和13個(gè)氨基酸殘基的差異對(duì)蛋白質(zhì)親/疏水性、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)域的影響都較小。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)親本基因間的主要差異體現(xiàn)在第一個(gè)