【摘 要】
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芥菜(Brassica juncea Coss.)是贵州省的特色蔬菜,栽培面积大,春季栽培价格高。叶用芥菜属于种子春化型植物,且对低温要求不严,极易通过春化而抽薹开花,给生产造成巨大的损失。因此,研究叶用芥菜晚抽薹调控基因具有重要意义。抽薹性状是多基因控制的数量性状,目前关于抽薹调控的机理在白菜和甘蓝中研究较多,在芥菜中鲜有报道。本研究以叶用芥菜晚抽薹DH系‘MN001’和早抽薹自交系‘MU056
【基金项目】
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国家自然科学基金(31960595); 贵州省农科院青年基金(黔农科院青年基金[2018]77号;黔农科院青年基金[2018]04号); 贵州省蔬菜现代农业产业技术体系项目(GZCYTX2021-01);
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芥菜(Brassica juncea Coss.)是贵州省的特色蔬菜,栽培面积大,春季栽培价格高。叶用芥菜属于种子春化型植物,且对低温要求不严,极易通过春化而抽薹开花,给生产造成巨大的损失。因此,研究叶用芥菜晚抽薹调控基因具有重要意义。抽薹性状是多基因控制的数量性状,目前关于抽薹调控的机理在白菜和甘蓝中研究较多,在芥菜中鲜有报道。本研究以叶用芥菜晚抽薹DH系‘MN001’和早抽薹自交系‘MU056’杂交所得的F2代进行抽薹表型数据统计分析,结合高通量测序Graded-seq技术,进行叶用芥菜抽薹QTL位点的全基因组解析,再根据基因的生物信息学分析,实现抽薹性状主效QTL的初定位,发掘控制叶用芥菜晚抽薹性状候选基因。本研究的主要结果如下:1.叶用芥菜F2代抽薹性状统计分析以叶用芥菜晚抽薹DH系‘MN001’为父本,早抽薹自交系‘MU056’为母本构建F2群体并进行抽薹表型统计,根据F2代群体的抽薹时间做出了频率分布直方图,叶用芥菜的抽薹数据符合正态分布,说明叶用芥菜的抽薹性状是多基因控制的数量性状。2.基于Graded-seq技术的叶用芥菜晚抽薹候选区间的确定根据统计的亲本及两者杂交所得的F2代植株的抽薹情况调查结果,利用Graded-seq关联分析方法对研究的抽薹性状进行定位,依据表型性状构建四个混池,分别是晚抽薹池,早抽薹池,中间型混池1和中间型混池2,混池规模:98+106+99+97,结合亲本重测序。通过Ridit检验与降噪处理后对晚抽薹性状进行定位,将候选区间定位在叶用芥菜A基因组的三号染色体上,且区间大小为1.1 Mb。3.叶用芥菜晚抽薹主效QTL染色体定位区段内基因的生物信息学分析在芥菜晚抽薹主效QTL定位区间1.1Mb内共找到了178个基因,有172个基因被注释,利用已经发表的基因组信息,应用BLAST软件对候选区间内的编码基因进行GO注释,注释的172个基因被分成了生物学功能,细胞组分和分子功能3大类,50小类。其中大量基因与细胞核、转录,DNA模板、膜组成部分和蛋白质结合等生物学功能有关。4.叶用芥菜晚抽薹候选基因的筛选通过对叶用芥菜晚抽薹主效QTL染色体定位区段内基因注释,知道区间里每个基因的功能,最终确定影响抽薹性状差异的候选基因。再根据模式植物拟南芥已报道的调控抽薹开花时间的6条遗传途径(春化路径、光周期路径、赤霉素路径、温度路径、自主路径和年龄路径)在功能注释的172个基因中筛选出20个与调控抽薹开花相关的候选基因。分别是3个与昼夜节律有关,9个与光周期和花叶发育有关,8个与光刺激和光强度相关和5个与赤霉素有关的基因,且部分基因参与多个途径。5.联合q RT-PCR分析进一步筛选叶用芥菜晚抽薹候选基因为了比较这20个候选基因在亲本中的表达特征,采用实时荧光定量PCR分析这些基因在晚抽薹亲本MN001和早抽薹亲本MU056移栽7 d与移栽75 d的表达量变化,结果显示,基因Bju A001637、Bju A009062、Bju A009068、Bju A009109、Bju A009116、Bju A009119、Bju A009123、Bju A009174、Bju A009092、Bju A009108、Bju A009163、Bju A009164和Bju A009205这13个基因在MU056抽薹前后几乎不表达,而且在两个亲本处理相同时间7 d时的表达量无差异,但是在MN001生长过程中该类基因高表达,进一步预测这13个基因为叶用芥菜晚抽薹相关的候选基因。13个基因在6条调控抽薹开花路径中的功能各有不同,都不同程度的参与了调控植物的抽薹开花。6.F2:3家系的SSR标记验证利用SSR技术对F2:3家系叶用芥菜抽薹性状性进行分析,利用测序结果开发了46对分子标记引物,利用两个亲本及F1对引物进行筛选,筛选出1对有多态性的分子标记引物。用这对引物对F2:3家系抽薹群体进行多态性的验证,结果显示:在早抽薹群体中SSR-PCR共扩增出142条带,具有多态性的25条,多态性条带百分率为17.60%;在晚抽薹群体中SSR-PCR共扩增出146条带,具有多态性的65条,多态性条带百分率为44.52%。
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