油菜种质资源耐寒性鉴定与全基因组关联分析

摘要

甘蓝型油菜是我国食用植物油的主要材料来源，种植面积和产量均居我国油用作物的前列。随着近年来环境气候不断变化、晚直播播种方式普及、甘蓝型冬油菜逐渐北移等现实情况的进一步发展，甘蓝型油菜在抗寒性方面的劣势亟需研究改善，抗寒性甘蓝型油菜种质资源的筛选也应尽快完善，这将极大促进我国油菜产业的发展，提高我国的食用植物油自给率。本研究通过建立一套快速可行的甘蓝型油菜耐寒性鉴定方法，对107份甘蓝型油菜微核心种质资源进行耐寒性鉴定，以获得耐寒优异种质，并通过全基因组关联分析手段筛选耐寒候选基因，结合转录组测序来进一步筛选耐寒相关候选基因，为甘蓝型油菜耐寒育种提供基因和理论参考。主要研究内容和结果如下: 1.油菜耐寒性优异种质资源筛选。以10份甘蓝型油菜为对象，以5℃、8℃和10℃三个温度梯度处理，进行萌发实验，通过分析不同低温对各个品种的发芽率、发芽指数和活力指数等指标的影响，确立了以5℃、8℃为低温处理温度，以发芽率、发芽指数和活力指数为指标的耐寒性鉴定方法，并通过此方法对107份甘蓝型油菜进行耐寒性表型鉴定，经分析数据，筛选出3份强耐寒资源，分别为:华黄1号、JANPOL和P27，为后期的耐寒育种和耐寒机理等方面的研究提供材料基础。 2.全基因组关联分析发掘油菜耐寒候选基因。综合107份甘蓝型油菜的耐寒性表型数据与重测序基因组数据，通过全基因组关联分析手段筛选耐寒候选基因。共关联到11个与甘蓝型油菜耐寒性显著相关的SNP位点。通过检索基因注释信息筛选关联分析得到的基因，共选出16个候选基因，主要与钙离子通道、氧化还原酶活性、细胞结构等有关。 3.甘蓝型油菜耐寒材料的转录组分析。以鉴定到的耐寒型材料为对象，以5℃为实验条件，对萌发期不同萌发阶段的种子进行取样并转录组测序分析，差异表达基因显示，与常温露白时相比，常温露白前共检测到158个差异表达基因，与低温露白相比，低温露白前共检测到1630个差异表达基因，与常温露白前相比，低温露白前共检测到747个差异表达基因，通过聚类分析将其分为6大类。富集分析发现，低温露白前与常温露白时期的差异表达基因的功能注释主要涉及生长素相关和内源刺激相关的途径、光合系统相关等方面，KEGG通路富集分析显示光合蛋白与低温下种子萌发露白显著相关。 4.甘蓝型油菜耐寒相关COR413基因分析。COR413基因是冷胁迫响应基因COR家族中的一类，对检索到的甘蓝型油菜COR413家族基因进行生物信息学分析，发现甘蓝型油菜COR413家族蛋白的结构域保守性较高，均为疏水性且较稳定的蛋白，并且含有芳香类氢基酸色氨酸(Trp)，推测COR413家族基因对低温胁迫下植物的生长起重要作用，COR413家族基因大部分定位在膜上。