不同生境下影响甘蓝型油菜收获指数的相关产量性状基因定位

摘要

油菜是我国广泛种植的重要油料作物，提高油菜产量和收获指数备受关注。全基因组关联分析作为一种精确高效的QTLs定位方法已被广泛应用于作物产量及重要农艺性状的研究中。本试验对源自世界各地的520份种质资源材料连续多年于油菜主产区重庆和高产区云南临沧种植，采用覆盖甘蓝型油菜基因组的34103个SNP位点对主序角果数、分枝角果数、单株角果数、千粒重、每角粒数、主序产量、分枝产量、上部生物产量、茎秆干重、生物产量、经济产量及收获指数等12个性状进行全基因组关联分析，寻找不同环境下与产量和收获指数相关性状的关联标记，再结合极端表现型材料各器官的转录组分析和部分基因的实时荧光定量PCR验证，初步筛选出对产量和收获指数影响较大的候选基因。
　　本研究主要内容包括：⑴不同生境下各性状的表型变异：多数性状在环境间、材料间、环境与材料互作间均存在极显著差异，广义遗传力在70％以上，所有性状表型数据符合正态分布，表明本试验所研究性状主要受微效多基因控制；单个环境下变异系数相对环境性状差值较小，表明单个环境下遗传较稳定，各环境间差异较大，其表型数据可用于后续分析。⑵不同生境下各性状的相关、通径分析：2013年重庆、2014年重庆和2014年云南三个环境下，经济产量对收获指数正向影响最大，生物产量对其负向影响最大，这与收获指数的计算公式一致。上部生物产量与经济产量关系最密切。主序角果数、茎秆干重与收获指数之间相关性受环境影响最大，重庆地区这两个性状对收获指数有正向影响，而云南地区有负向影响。除此之外，重庆地区每角粒数和角果数对收获指数有较大正向影响，而云南地区分枝产量和千粒重对其正向影响较大；单株角果数对收获指数的影响在不同年份间差异较大。⑶各性状的全基因组关联分析：本试验中不同环境下的不同性状采用不同的最佳模型进行全基因组关联分析，三个环境及两地差值条件下累计检测到382个与12个性状显著关联的SNP位点（P<1/34103），其中2013年重庆、2014年重庆和2014年云南环境分别检测到290个、36个和24个，2014年重庆与2014年云南两地性状差值条件下检测到32个。从解释的表型变异率可看出，云南高产环境下各性状检测到的位点较少，各位点解释的表型变异率相对较大。⑷基本基因群候选基因预测：各环境重复检测到89个显著关联的SNP位点，可能是挖掘产量性状基本基因群候选基因的重要位点。在其显著性位点的LD置信区间内共发现4个与本研究性状相关的拟南芥同源基因，分别是与千粒重相关的MSI1基因，与单株角果数和分枝角果数共同相关的TCP12、BIG和MBD9基因。⑸高产特异基因群候选基因预测：云南高产环境及两地性状差值条件下检测到的与经济产量和收获指数关联位点，可能是甘蓝型油菜产量或收获指数形成的高产高收获指数潜能基因群位点。云南高产环境下与经济产量和收获指数关联的SNP位点LD区间内发现10个拟南芥同源基因：APP1、HAM4、ROT3/CYP90C1、STY2、ARAC1/ROP3、TT4/CHS、KAT5、SLY2、CPD和DME基因。两地差值下筛选出3个与收获指数相关的拟南芥同源基因：AHK4/CRE1、BIN2和ARGOS基因。另外，GRF3、MBD9和PIS1基因是重庆地区其他产量性状与收获指数重复检测位点附近筛选出的基因，可能是重庆地区与收获指数相关的特异性候选基因。⑹部分候选基因差异表达分析：根据转录组测序结果，选择差异表达量部位最多的两个基因BnaA07gHI-01和BnaC02gSY-01进行qRT-PCR，发现前者主要在云南高产高收获指数材料的主序种子、侧枝种子和主序蕾中相对表达量较高，主序角果皮中较低，后者主要在云南高产高收获指数材料的主序种子和主序蕾中相对表达量较高，而在侧枝角果皮和茎秆中较低。对这些基因的挖掘将会促进甘蓝型油菜分子标记辅助育种以及可以为油菜高产高收获指数相关基因的克隆打下理论基础。

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第1章 文献综述

1.1 甘蓝型油菜的产量相关性状与收获指数

1.2 环境对油菜产量和收获指数的影响

1.3 甘蓝型油菜收获指数与产量性状的QTL定位研究现状

1.4 全基因组关联分析

1.5 产量相关性状及收获指数相关基因研究现状

第2章 引言

2.1 研究目的与意义

2.2 研究内容与技术路线

第3章 材料与方法

3.1 试验材料

3.2田间试验设计与性状考察

3.3 表型数据统计分析

3.4 基因型数据分析

3.5 主成分和群体结构分析

3.6 亲缘关系分析

3.7 连锁不平衡分析

3.8 全基因组关联分析

3.9 候选基因预测

3.10 部分候选基因差异表达量分析

第4章 结果与分析

4.1 产量相关性状的方差分析及表型变异

4.2 收获指数与各农艺性状的相关及通径分析

4.3 全基因组关联分析

4.4 候选基因预测

4.5 候选基因表达量差异分析

第5章 讨论与结论

5.1 讨论

5.2 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表论文情况

附表1 本研究所用的520份油菜品系信息

附表2 两年三试点各性状全基因组关联分析检测到的SNP位点

附表3-1 22个候选基因在两地高低收获指数极端材料的转录组测序结果

附表3-2 22个候选基因在两地高低产量极端材料的转录组测序结果

附图1 两年三试点各性状的QQ图

附图2 两年三试点各性状的manhattan图