甘蓝型油菜种子不同组织油脂无损3D定量成像及其相关性状QTL定位

摘要

油菜是中国第一大油料作物，提高种子含油量是当前油菜育种的主要目标。种子含油量是典型的数量性状且易受环境影响，QTL定位是探究其遗传机制的有效方法。当前测定种子含油量的方法或是有损的，或不能定量揭示种子内油脂分布情况，另外与种子不同组织含油量相关的QTL也不知道。此外，研究表明种子含油量和种子颜色之间存在显著的关联，研究种子相关性状对提高种子含油量具有重要的意义。本研究以KN DH群体为材料，利用核磁共振油脂无损三维定量成像技术（MRI）定量分析了种子内油脂分布和不同组织含油量，利用籽粒表型分析方法分析了粒色、粒型、粒重等种子相关性状，并进行了QTL定位，以期为揭示油菜种子含油量形成机理奠定基础。获得的主要研究结果如下：
　　1、油菜种子油脂无损三维定量成像。通过MRI对不同含油量的油菜种子分析，发现油菜种子各组织都存有油脂，但分布不均匀，从外子叶、内子叶、轴到种皮，油脂含量逐渐降低。同时各组织内部油脂分布也不均匀，内外子叶中部都有一条油脂含量很低的暗带。定量分析表明，分别有90％、3%、6%左右种子油来自子叶、种皮和轴。子叶、种皮、轴在种子中的体积占比分别为70%、20%、10%左右。
　　2、各脂肪酸组分与种子不同组织之间相关性分析。通过气相色谱法（GC）测定不同含油量种子不同组织总油脂及各脂肪酸组分含量，发现各组织含油量占比和种子含油量之间没有显著关联。基于相同粒数油菜种子，发现低油种子总含油量有时候超过高油种子。各脂肪酸组分含量和种子含油量之间没显著关联，但是却与种子不同组织存在显著关联。
　　3、种子不同组织含油量及油相关性状相关性分析。利用MRI共获取24组与KN DH群体种子不同组织含油量及油相关性状，各性状表型值基本趋向正态分布。经相关性分析发现种子总含油量、平均含油量和各组织总含油量、平均含油量都极显著正相关，且相关性都是外子叶>内子叶>轴>种皮；各组织体积与种子体积相关性大小依次为外子叶>内子叶>种皮>轴；各组织总含油量、平均含油量和体积之间都显著正相关；外子叶与内子叶、种皮与轴之间的关联强度高于其它组织。
　　4、KN DH群体种子不同组织含油量及油相关性状QTL检测及分析。基于高密度遗传图谱共定位到84个控制种子不同组织含油量及油相关性状的identified QTL位点，分布在12条连锁群（A1、A3、A4、A5、A6、A8、A9、A10、C1、C2、C3、C9）上，数量分别为1-24个，其中A9上数量最多；各性状定位的位点数为1-7个，解释表型变异范围为5.22%-15.00%。84个identified QTL整合成48个unique QTL，其中17个有两个或两个以上性状共定位。经油菜基因组比对及拟南芥数据库注释，共筛选到86个和脂肪酸延长、油脂合成相关油菜候选基因，其中很多是组织特异性候选基因。
　　5、种子粒色、粒型、粒重、含油量等种子相关性状相关性分析。结合含油量，共获取籽粒颜色、大小、圆度、粒重、质量密度和油密度等12个种子相关性状。各个性状表型值（籽粒颜色除外）基本趋向正态分布。籽粒颜色基本呈现双峰分布。经相关性分析发现籽粒重和籽粒大小、籽粒颜色之间显著正相关，籽粒颜色和含油量、籽粒重、籽粒大小之间显著正相关，籽粒含油量和籽粒颜色、籽粒圆度显著正相关，表明可通过选育圆形黄色大粒种子来培育油菜高油品种。
　　6、KN DH群体种子相关性状QTL检测及分析。基于高密度遗传图谱共定位到117个控制种子相关性状的identified QTL，分布在除A1、A3、A10、C4、C7之外的14条连锁群上，数量分别为1-23个，其中A9、C5上数量最多；各性状定位的位点数为7-18个，解释表型变异为4.09%-41.12%。117个identified QTL整合成64个unique QTL，其中28个为两个或两个以上性状共定位的unique QTL。除了籽粒长，其它与种子相关性状都鉴定到解释表型变异超过10%的主效位点。发现两个同时控制含油量、籽粒颜色的主效QTL位点，uqA9-5为qOC-14DL9-1(9.49%)、qOC-13DL9-4(17.36%)、qSC-14DL9-2(41.12%)、qSC-13DL9-2（37.48%）共定位位点，包含70个油菜候选基因，uqA9-9为qOC-13DL9-3(15.31%)、qSC-14DL9-1(27.04%)共定位位点，包含21个油菜候选基因。

目录

声明

1 前言

1.1 数量性状定位的研究进展

1.2 甘蓝型油菜含油量及种子相关性状QTL定位研究进展

1.3 研究意义、目的、内容及技术路线

2 甘蓝型油菜种子不同组织油脂无损三维定量成像

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 讨论

3 KN DH群体种子不同组织含油量及油相关性状QTL定位

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3讨论

4 KN DH群体粒色、粒型、粒重等种子相关性状QTL定位

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 本研究的创新点

5.3 研究不足之处

5.4 展望

致谢

参考文献

附录一 论文中的附表

附录二 攻读硕士期间发表或拟发表论文