油菜响应低磷胁迫的根系形态构型QTL的定位和解析

摘要

土壤有效磷含量低是作物生长的主要限制因子之一，施用磷肥能有效解决这一问题。但是，磷容易被土壤固定，长期使用磷肥不仅增加生产成本，造成水体污染，并且磷矿是不可再生资源。通过遗传学手段改良植物的磷吸收利用效率，提高作物耐低磷胁迫的能力，对于提高缺磷地区作物产量和促进农业的可持续发展有着重要的理论和实践意义。本研究利用英国诺丁汉大学高通量植物根系表型筛选系统在低磷条件下（LP,0 mM）对甘蓝型油菜TN DH群体182个株系以及两亲本Tapidor和宁油7号进行根系形态构型筛选，基于TN DH高密度遗传图谱定位了油菜响应低磷胁迫根系形态构型相关性状 QTL，并与利用其它培养方法检测到的根系形态构型QTL进行了比较和分析。
　　本研究主要内容包括：⑴与宁油7号比较，低磷条件下亲本Tapidor主根和侧根较长，侧根数多，根系和地上部生物量高。两个磷水平下182个株系的总根长、主根长、侧根长、平均侧根长、侧根数和侧根密度呈正态分布，变异呈连续性。⑵通过Root reader2D软件获取TN DH群体株系的根系形态构型数据，采用两种方法进行表型数据处理。以限制性极大似然估计法（REML，Restricted maximum likelyhood）进行数据处理，共检测到48个甘蓝型油菜根系形态构型相关的QTL，分别分布在A1、A3、A4、A5、A9、A10、C1、C2、C4、C5、C8和C9染色体；以人工校正（MAN，Manually normolised）进行表型数据处理，共检测到41个甘蓝型油菜根系形态构型相关的QTL，分布在染色体A1、A3、A4、A5、A9、A10、C1、C2、C5、C8和C9上，其中C9染色体上检测到的侧根密度QTL表型贡献率为20.3％。REML法能检测到更多的QTL，MAN法检测到QTL的平均表型贡献率更高。⑶将两个培养系统中不同磷水平下置信区间重叠的 QTL进行整合，整合后的Unique QTL有‘uq.P_LP’、‘uq.P_NP’、‘uq.A_LP’和‘uq.A_HP’四大类。分别代表低磷和正常磷（高磷）纸培系统和琼脂培养体系中整合后的QTL。‘uq.P_LP’、‘uq.P_NP’和‘uq.A_LP’在 A3染色体29.8-29.9 cM区间重叠；‘uq.P_LP’和‘uq.A_HP’在A4染色体38.7-39.5 cM、A9染色体104.4-105.0 cM、C2染色体上14.3-15.7 cM和C4染色体上42.5-47.8 cM区间均有重叠；‘uq.P_LP’和‘uq.A_LP’在C5染色体的44.8-50.1 cM区间重叠，‘uq.P_LP’和‘uq.P_NP’在C9的6.0-10.5 cM和15.7-18.5 cM两处发生重叠。⑷以欧洲冬油菜品种 Darmor-bzh的基因组为参考基因组，对所有磷高效相关QTL区间对应的基因进行分析，一共筛选鉴定出1328个与根系发生发育和磷的吸收转运相关的基因。对1066个基因进行GO富集分析，分子功能相关基因占87.2%，其中蛋白激酶活性相关的基因最多，其次为具有催化活性、核苷酸结合、蛋白质结合、ATP结合和镁离子结合相关功能的基因；细胞组分相关基因占4.8%，与膜的完整性、膜、泛素连接酶复合体、蛋白磷酸酶2A复合体、核、磷酸丙酮酸水合酶复合体有关；生物学过程相关基因占8.0%，分别与代谢过程、纤维素微纤丝组织过程、脂质代谢过程、生物合成过程、阳离子转换以及组氨酸生物合成等过程相关。

目录

声明

缩略词表

1 文献综述

1.1我国油菜种植现状

1.2 植物响应低磷胁迫的主要机制

1.3油菜磷效率的基因型差异

1.4高通量根系表型筛选系统的发展

1.5油菜响应低磷胁迫根系形态构型QTL的定位

2研究目的及研究内容

2.1 研究意义及目的

2.2研究内容

2.3技术路线

3材料和方法

3.1 实验材料

3.2 实验方法

4结果与分析

4.1 亲本Tapidor和宁油7号对缺磷反应的差异

4.2 低磷和正常磷TN DH 群体6个根系性状的变异及其相关性

4.3油菜TN DH群体根系形态构型相关QTL的定位和分析

4.4 候选基因的GO分析

5讨论

5.1油菜根系形态构型筛选系统及分析软件

5.2 Tapidor和宁油7号根系形态构型的差异

5.3磷高效QTL的定位和候选基因的鉴定

6总结与展望

6.1 总结

6.2展望

参考文献

致谢

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获奖情况