油菜種子高油酸低亞麻酸的遺傳控制及等位基因特異標記開發(fā).pdf

1、油菜是世界上最重要的油料作物之一。菜籽油中脂肪酸組成直接決定其食用品質(zhì)和營養(yǎng)價值。高油酸、低亞麻酸菜籽油在加工、儲運和煎炸時對氧化不敏感，具有很好的熱穩(wěn)定性和較長的貨架期。高油酸菜籽油還可作為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生物柴油、環(huán)保型潤滑劑等工業(yè)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料。因此，進一步提高菜籽油中油酸含量和降低亞麻酸含量是當前油菜脂肪酸改良的主要目標。脂肪酸脫氫酶基因FAD2和FAD3是控制植物種子中十八碳不飽和脂肪酸含量的主要基因，但目前對多倍體甘藍型油菜中高油酸

2、、低亞麻酸變異的遺傳控制，以及FAD2和FAD3基因在甘藍型油菜基因組中的拷貝數(shù)、分布、表達模式及各拷貝的功能還不完全清楚。本試驗利用QTL定位、基因克隆和蕓薹屬基因組生物信息學分析，研究甘藍型油菜中高油酸、低亞麻酸的遺傳控制，以及其主效基因FAD2和FAD3在油菜中的拷貝數(shù)、分布、表達模式和基因功能，并開發(fā)出適用于選育高油酸、低亞麻酸油菜的穩(wěn)定性好、適用范圍較廣的等位基因特異標記。取得的主要結(jié)果如下：
　　 1.通過生物信息學

3、分析和基因克隆鑒定了白菜、甘藍及甘藍型油菜中所有的FAD2、FAD3基因拷貝。在白菜和甘藍基因組中，F(xiàn)AD2各有兩個拷貝；甘藍型油菜存在4個FAD2基因拷貝，在A、C基因組各有兩個。FAD3在甘藍和白菜基因組中各有3個拷貝，甘藍型油菜中共6個，在A、C基因組各有3個拷貝。序列分析表明，位于白菜A1染色體及甘藍型油菜A1連鎖群上的FAD2基因很可能是一個假基因。進化分析表明，白菜、甘藍、甘藍型油菜中FAD2和FAD3基因分別可分成2組和3

4、組，同一組內(nèi)的各拷貝在RNA水平和蛋白質(zhì)水平上均高度相似；同一組內(nèi)各個基因之間的相似性顯著高于不同組的兩個基因之間的相似性，而與其所處的基因組(A/C基因組)和物種無關(guān)；擬南芥、白菜、甘藍和甘藍型油菜中的FAD2基因在核酸和蛋白質(zhì)水平上均高度保守，F(xiàn)AD3基因在mRNA水平和蛋白質(zhì)水平上高度保守，而在基因組水平上差異很大，主要體現(xiàn)在內(nèi)含子序列的長度和相似性上。
　　 2.QTL定位表明，控制本試驗群體油酸含量的主效QTL位于甘藍

5、型油菜的A5連鎖群上，該QTL解釋了89%的表型變異。分子克隆發(fā)現(xiàn)，高油酸親本SWHickory中BnaA.FAD2.a(LG A5)拷貝存在一個4bp的插入，該突變造成開放閱讀框的移碼，最終導致提前終止密碼子。該突變與前人報道的完全不同，屬于一種新的高油酸等位基因。在A4和C4連鎖群上各檢測到一個控制亞麻酸含量的主效QTL，分別解釋了亞麻酸含量31%和60%的變異。低亞麻酸親本SW Hickory中BnaA.FAD3.b(LG A4)

6、和BnaC.FAD3.b(LG C4)基因編碼區(qū)域分別存在2個和1個SNP位點，其中BnaA.FAD3.b位點上的第一個SNP位點為同義突變，另一個為錯義突變；BnaC.FAD3.b上的單堿基突變造成基因內(nèi)含子剪切失敗，導致內(nèi)含子通讀，并造成開放閱讀框的移碼和提前終止密碼子。同時，在A5、A6連鎖群中各檢測到1個效應較小的亞麻酸含量QTL，其貢獻率分別為7%和2%。SW Hickory中BnaA.FAD3.a(LG A5)基因在第269

7、位有一個T的缺失，該突變造成移碼并最終導致提前終止密碼子。
　　 3.利用RNA測序數(shù)據(jù)分析了甘藍型油菜FAD2和FAD3基因各拷貝的時空表達模式。結(jié)果表明，本研究所鑒定的油酸含量功能拷貝BnaA.FAD2.a，以及三個亞麻酸含量功能拷貝(BnaA.FAD3.a、BnaA.FAD3.b和BnaC.FAD3.b)，在油菜脂肪酸合成最為旺盛的種子發(fā)育中后期(14-25DAF)表達量急劇上升，為營養(yǎng)生長時期的7-20倍。各功能拷貝在1

8、4-25DAF種子中的表達量高低與其解釋的油酸、亞麻酸含量遺傳變異率一致。
　　 4.根據(jù)BnaA.FAD2.a、BnaA.FAD3.a、BnaA.FAD3.b和BnaC.FAD3.b在基因組序列水平上的差異，獲得了油酸含量的等位基因特異共顯性SCAR標記；利用引物3’-端錯配技術(shù)設計了A、C基因組上亞麻酸含量的等位基因特異共顯性SNP標記。上述標記在分子標記輔助選擇中不受環(huán)境和遺傳背景影響，與種子中油酸和亞麻酸含量高度一致，為