甘蓝型油菜茎杆菌核病抗性和木质素含量、单体比例的相关性及QTL定位研究

摘要

菌核病是我国油菜三大病害（菌核病、根肿病和病毒病）之一，严重影响我国油菜的产量和品质，每年在我国造成的损失高达5％?30%。使用化学农药和改进栽培措施在一定程度上可以减缓菌核病的危害，但其效果有限，且化学农药还会污染环境。因此，油菜菌核病的综合防治和抗病育种研究已经受到越来越多的科学家的关注。目前，关于油菜菌核病抗病机制方面的研究有很多。木质素作为次生细胞壁中的大分子结构物质，在植物抵抗真菌侵染时起到了非常重要的作用，故本文主要对甘蓝型油菜菌核病抗性和木质素含量以及单体G/S之间的相关性进行研究，并利用SNP高密度遗传图谱依次对菌斑大小、木质素含量以及单体G/S进行QTL定位。
　　本研究主要内容包括：⑴对2013年重组自交系（Recombinant Inbred Line，RIL)群体、2014年RIL群体以及F2代群体茎杆菌核病抗性进行鉴定，结果发现2013年RIL群体相对感病度介于0.28?1.36之间，其平均值为0.83，变异系数为25.9%;2014年RIL群体相对感病度介于0.34?1.33之间，其平均值为0.85，变异系数为23.6%。2014年F2代群体相对感病度介于0.25?1.90之间，其平均值为0.96，变异系数为32.9%。三次试验的相对感病度均呈连续的正态分布，表明此性状为典型的数量性状，受多基因控制。⑵采集茎杆近红外光谱数据，通过WINISI软件筛选出75份茎杆材料作为定标样品。用硫代酸解法结合气相色谱-质谱法（GC-MS)测定定标样品甘蓝型油菜茎杆木质素中G、S型单体含量，统计结果表明定标样品的变异范围较大，3次重复的差异较小，可以用于近红外建模。利用所测的化学值与采集获得的近红外光谱数据构建甘蓝型油菜茎杆木质素中单体G/S分析模型，并用验证集检验模型，预测标准偏差（SEP)为0.054，系统偏差（Bias)为0.009，相关系数为0.935，模型准确性较高。⑶利用肖阳（2014)构建的甘蓝型油菜茎杆纤维组分含量的近红外模型对RIL群体和F2代群体茎杆木质素含量进行预测，本试验中建立的单体G/S模型预测RIL群体和F2群体茎杆木质素中G/S，结果显示茎杆木质素含量、单体G/S均表现为连续的正态分布，也是受多基因控制的数量性状。其中木质素含量在2013年RIL群体中分布范围为4.20?11.80，其平均值为8.94，变异系数为18%;2014年 RIL群体中木质素含量介于6.02?11.63之间，其平均值为9.55，变异系数为10%; F2代群体中茎杆木质素含量介于4.23?13.44之间，其平均值为10.48，变异系数为12%。2013年R IL群体中单体G/S介于0.75?1.40之间，其平均值为1.10，变异系数为10%;2014年R IL群体中单体G/S介于0.30?1.30之间，其平均值为0.80，变异系数为23%;2014年F2代群体中单体G/S介于0.45-4.25之间，其平均值为0.93，变异系数为16%。⑷对茎杆菌斑大小与木质素含量、单体G/S进行相关性分析，结果表明2013年 R IL群体茎杆菌斑大小与木质素含量呈极显著负相关，相关系数为-0.348，与单体G/S呈显著正相关，相关系数为0.198;2014年R IL群体茎杆菌斑大小与木质素含量呈极显著负相关，相关系数为-0.286，与单体G/S呈显著正相关，相关系数为0.167。依次对两年的R I L群体菌斑大小、木质素含量以及单体G/S进行相关性分析，结果显示：菌斑大小之间呈极显著正相关，相关系数高达0.865;木质素含量之间呈极显著正相关，相关系数为0.219;单体G/S之间也呈极显著正相关，相关系数为0.206，说明两年试验结果比较一致，受环境影响较小。对2013年和2014年的RIL群体种子和莲杆中的木质素含量进行相关性分析，结果显示种子木质素含量和茎杆木质素含量之间均没有达到显著相关性。两年的种子木质素含量之间达到极显著正相关，相关性为0.724;茎杆木质素之间也呈极显著正相关，相关性达到0.219。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没有显著的相关性。为了进一步验证植物体内木质素含量和菌核病抗性之间的关系，在巧代群体中各选取菌核病抗（感）材料2株进行冷冻切片染色，结果显示菌核病感性植株（A、C)体内木质素含量明显低于抗性植株（B、D)。⑸结合SNP高密度遗传图谱对两年的RIL群体茎杆菌斑大小、木质素含量以及单体G/S进行Q T L定位，共获得20个QTL，分别位于A04、A05、A06、A08、C01、C03、C04、C06和 C07染色体上，其中9个和菌核病抗性相关的QTL，3个和木质素含量相关的QTL，8个和单体G/S相关的QTL。在检测到的Q T L区间中，q20i3A05LS-2和 q2014A05LS-2置信区间基本重合，且加性效应均来自母本GH06,可能是同一个QTL; q2013C07LigG/S-l和 q2013C07LigG/S-2的置信区间相重叠，q2013C07LigG/S-2和q2014C07LigG/S的置信区间存在相同部分，且3个QTL的加性效应均来自父本，因此也可能是同一个QTL。

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第1章文献综述

1 .1引言

1 .2油菜抗菌核病研究概述

1.3木质素的研究概况

1.4近红外光谱分析技术

1 . 5数量性状QTL定位

第2章研究目的和意义

2 .1目的

2 .2意义

第3章材料和方法

3.1实验材料

3.2 主要实验试剂及仪器

3 .3甘蓝型油菜茎杆菌核病抗性鉴定

3 .4茎杆木质素中单体组分的化学测定

3 .5近红外模型的构建及检验

3 .6对茎杆菌核病抗性、木质素含量及单体G/S进行相关性分析

3 .7快速冷冻切片法

3 . 8遗传连锁图谱的构建及QTL定位

第4章结果与分析

4 .1甘蓝型油菜茎杆相对感病度的频率分布

4 .2茎杆材料近红外光谱的扫描结果

4 .3甘蓝型油菜茎杆木质素中单体含量的测定

4 .4茎杆木质素中单体G/S近红外模型的创建

4 .5单体G/S近红外模型的检验

4 .6甘蓝型油菜基杆木质素含量和单体G/S的频率分布

4 .7菌斑大小与木质素含置、单体G/S的相关性分析

4 .8茎杆横切面解剖结构

4 . 9茎杆菌斑大小、木质素含量以及单体G/S的QTL定位

第5章讨论

5 .1近红外光谱建立单体G/S模型的优缺点

5 .2近红外测定分析与传统化学方法的比较

5 . 3甘蓝型油菜菌核病抗性相关性状的QTL定位及相关性分析

第6章结论

参考文献

致谢

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