甘蓝型油菜开花时间的遗传及株高和开花时间的QTL定位

摘要

甘蓝型油菜是中国重要的油料作物，是中国食用植物油的主要来源。株高和开花时间是当前油菜育种的两个重要性状，适当的降低株高和缩短开花时间，对于提高油菜抗倒伏性和早熟性，推动油菜机械化收获，促进油菜产业发展具有战略意义。本课题组从2015年开始对甘蓝型油菜株高和开花时间进行深入研究，选用两个甘蓝型油菜的高代自交系YG-1（高杆晚熟）和72-27-1-2（矮杆早熟）为亲本，利用其六世代群体研究了株高性状的遗传；并利用SSR标记初步构建了甘蓝型油菜株高和开花时间的遗传图谱，对株高与开花时间QTL进行初步定位（刘霞2018）。本研究在前期研究基础上，一方面继续开展了开花时间及相关性状的数量遗传分析，另一方面，采用SLAF-seq技术对F2群体进行测序，构建株高和开花时间高密度遗传图谱，进一步对株高与开花时间QTL进行定位、预测候选基因，以期为油菜矮化和早熟育种提供理论和技术基础。本研究取得的主要结果如下： 1.开花时间的“主基因+多基因”遗传分析 构建的六世代遗传群体种植于杨凌和三原两点，调查其现蕾时间（ST）、抽薹时间（BT）和开花时间（FT），应用植物数量性状“主基因+多基因”遗传模型对开花时间及相关性状进行遗传分析。结果表明：两点ST均符合C-0（PG-ADI）模型；杨凌点BT和FT符合E-0（MX2-ADI-ADI）模型；三原点BT和FT符合E-1（MX2-ADI-AD）模型。即ST由多基因控制，BT与FT由2对主基因控制，并存在微效多基因互作效应。杨凌点BT与FT主基因遗传率平均为59.29%和67.64%，多基因遗传率平均为24.28%和22.63%，三原点BT与FT主基因遗传率平均为65.29%和54.38%，多基因遗传率平均为13.76%和22.59%，主基因遗传率大于相应世代多基因遗传率，因此可早代选择获得适宜开花时间的株系。 2.株高与开花时间的表型统计与相关性分析 调查F2群体与株高和开花时间相关农艺性状：株高（PH）、主花序长度（MIL）、一次有效分枝高度（VBH）、分枝数（BN）、二次分枝数（SBN）、有效分枝节间距（IL）、现蕾时间（ST）、抽薹时间（BT）、开花时间（FT），对其进行相关分析，结果表明：PH与VBH、MIL、BN、SBN呈极显著正相关，相关性系数分别为0.476、0.492、0.384和0.301；FT与ST、BT表现极显著强正相关，相关性系数分别为0.761和0.763；PH与ST和FT表现极显著正相关，而与BT表现显著正相关，相关性系数分别为0.312、0.385和0.260，说明油菜株高越高，其现蕾、抽薹与开花时间越晚。 3.基于SLAF-seq技术的甘蓝型油菜遗传图谱构建 通过亲本重测序开发SNP标记，F2群体进行SLAF简化测序，比对双亲开发的SNP，挑选aa/bb类型的标记，分析F2群体的标记分型，利用最大似然估计法（ML）构建甘蓝型油菜遗传图谱，最终获得总图距为2,195.02cM的遗传图谱，包含3,161个SNP标记，覆盖19个连锁群（A01-A10、C01-C09），平均距离为0.70cM。与本实验室前期图谱相比较，总长度增长1294.39cM，标记间平均距离缩短7.8cM。 4.株高与开花时间性状的QTL定位 （1）通过MapQTL6.0软件，结合上述构建的遗传图谱，进行株高和开花时间QTL检测，共检测到15个QTLs，主要分布于A02、A04、A05、A07、A09、C04和C06染色体上。其中8个QTLs与株高性状有关，贡献率在10%以上的有5个，分别是qPH-2、qVBH-2、qBN、qMIL、qIL，而qVBH-2和qBN的贡献率超过20%，分别为27.227%和20.689%；7个QTLs与开花性状有关，其贡献率均在10%以上，其中qST的贡献率最高为65.949%。 （2）利用杨凌点2017年调查的F2群体的ST和BT数据和2018年测定F2家系的相关生理指标叶绿素（SPAD）、还原性糖（RS）和可溶性蛋白（SP），利用刘霞（2018）构建的遗传图谱，共检测到19个QTLs，主要分布于A01-A09染色体上。表型贡献率在10%以上的有qSPADYL-2、qSPADYL-3、qRSYL-8、qSPYL-1、qST-2、qST-17和qFT-5，其中可溶性蛋白qSPYL-1的表型贡献率最高达30.376%。 （3）整合刘霞（2018）定位的20个QTLs，本课题利用刘霞（2018）SSR遗传图谱共检测到39个QTLs，将其SNP遗传图谱所检测的15个QTLs比较其在油菜基因组上的物理位置，最终获得5对有重合区域的QTL，分别为A02（qMILSY-1与qPH-1）、A03（qBNYL-12与qFT-1）、A04（qRSYL-8与qBN）、A07（qFT-16与qPH-2）和A09（qFT-5与qSBN）。 5.候选基因预测与分析 参考甘蓝型油菜数据库，对SLAF简化测序定位的株高和开花时间相关的15QTLs区域进行筛选，获得所有定位区间的基因总计642个，与SwissPort、NR、COG、GO、KEGG数据库Blast比对获得各基因功能注释，筛选出139个株高与开花相关的基因，其中2个基因处在SLAF简化测序定位的贡献率大于20%的QTLs上且在双亲间存在SNP差异，另2个基因处在5个重合QTLs上且双亲间存在SNP差异。对此4个基因进行双亲盛花期根、茎、叶不同组织的表达分析，最终确定2个候选基因BnaA02g23350D和BnaC06g19740D，其中BnaA02g23350D与生物过程光形态发生（GO：0009640）相关，BnaC06g19740D与生物过程光形态发生(GO：0009640)和花的发育调控(GO：0009909)相关。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 研究背景

1.2 株高和开花的遗传研究

1.3 植物数量性状主基因+多基因遗传分析研究

1.4 芸薹属遗传图谱的研究进展

1.5 油菜株高及相关性状和开花时间的QTL研究进展

1.6 本研究的目的意义

第二章 甘蓝型油菜开花时间的主基因+多基因遗传分析

2.1 试验材料

2.2 试验方法

2.3结果与分析

2.4 讨论

2.5 结论

第三章 基于SLAF-seq技术的甘蓝型油菜高密度遗传图谱的构建

3.1 试验材料

3.2 试验方法

3.3 结果与分析

3.4 讨论

第四章 甘蓝型油菜株高与开花时间的QTL定位及候选基因分析

4.1 试验材料

4.2 试验方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论

4.5 结论

第五章 全文结论

5.1开花时间的“主基因+多基因”遗传分析

5.2株高与开花时间的表型统计与相关性分析

5.3基于SLAF-seq技术的甘蓝型油菜遗传图谱构建

5.4株高与开花时间性状的QTL定位

5.5.候选基因预测与分析

参考文献

致谢

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