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大白菜(Brassica rapa ssp.pekinensis L.)足起源于中国的重要芸薹属蔬菜作物之一,叶球是大白菜的主要食用部位,叶球的形态、紧实度等会直接影响大白菜的产量和商品性。发掘鉴定结球性状相关基因,对研究叶球发育过程中的作用机制、改良大白菜结球商品性状具有重要意义。易位系(Translocation line)是进行种质资源创新和遗传研究的重要工具材料。在课题组前期创建大白菜添加结球甘蓝染色体1号染色体二体异附加系结合游离小孢子培养获得DH单株的基础上,通过InDel标记和细胞学鉴定获得了一个添加结球甘蓝1号染色体片段的圆球大白菜易位系,对其特征特性、叶片激素含量及生长素相关基因的表达情况进行了研究;并以其为母本与大白菜自交系进行杂交,创建了F2分离群体,通过基因组重测序,构建了高密度分子遗传连锁图谱,开展了与叶球发育相关性状的QTL定位分析。主要研究结果如下:
1.利用大白菜—结球甘蓝二体异附加系‘ACD1-18’携带的54个InDel标记,对其游离小孢子培养获得的4个DH单株进行鉴定,其中3个标记在‘18-2’扩增出了结球甘蓝的特异条带,对小孢子植株‘18-2’的染色体数目和减数分裂行为进行观察研究发现,‘18-2’染色体数目为20,减数分裂正常,为大白菜添加结球甘蓝染色体片段的易位系,命名为‘AT1-18’。利用3个InDel标记对易位系‘AT1-18’自交和与‘85-1’回交后代进行鉴定,表明‘AT1-18’外源染色体片段能够稳定遗传。
2.对易位系‘AT1-18’进行田间性状调查,结果表明,易位系植株大小介于亲本大白菜‘85-1’和结球甘蓝‘11-1’之间,整体性状偏向于大白菜‘85-1’,相对于‘85-1’,叶片开展度较大,结球期和成熟期提前,叶球为近圆形,较‘85-1’小。对其进行主要营养成分含量测定表明,易位系‘AT1-18的’干物质、可溶性糖含量较‘85-1有所提高,粗纤维、VC和硝酸盐含量较‘85-1’有所下降,但差异都不显著。
3.对易位系‘AT1-18’不同发育时期激素含量、几个生长素相关基因的表达情况进行研究,结果表明,生长素(IAA)和分裂素(ZR)含量在‘AT1-18’变化趋势显著不同于大白菜‘85-1’,且各时期含量变化显著,脱落酸ABA及赤霉素GA3含量整体变化趋势与‘85-1’相同,但ABA不同时期含量水平高于‘85-1’。导入的2个结球甘蓝外源生长素相应蛋白基因Bol034475和Bol034470在‘AT1-18’的表达模式与结球甘蓝‘11-1’相似,且均在结球期呈高表达量,大白菜的2个内源生长素相关基因Bra18800和Bra18750在‘AT1-18’中的表达量与大白菜‘85-1’相似,但不同时期变化趋势稍有不同。
4.利用F2群体,构建了一个含有2460个SNP标记、覆盖10个连锁群的遗传图谱,遗传距离总长度1927.33cM,标记间平均距离为0.80cM,为高密度图谱;
5.共调查22个叶片及叶球相关性状,在F2群体中检测到13个性状的QTL位点30个,分布于除A09和A10外的8个连锁群上,其中控制叶片长、叶片宽和株高在不同发育时期的QTL分别为5个、7个和3个,外叶数相关的2个,与最大外叶长有关的1个,与叶片中肋有关的5个,与中心柱形状相关的3个,与全株重有关的1个;与球顶抱合方式有关的1个;与叶球形状有关1个,与球内颜色有关的1个;共检测出主效QTL位点11个。
6.通过对21个控制叶球发育相关性状QTL区域内的基因进行序列对比功能注释查找,共发现可能相关的候选基因10个,其中,涉及叶片近-远轴(Adaxial-abaxial polarity)发育相关的基因1个WOX5、叶片宽(Lamina width)基因3个(CYP79A2、KAN3、ATHB53)、叶片发育相关(Lamina development)6个(ABF4、AXR1、MYB21、GL1、IRX14、IXR1),KAN3、MYB21、GL1在前人研究中也被证明与叶片发育与叶球发育紧密相关。
1.利用大白菜—结球甘蓝二体异附加系‘ACD1-18’携带的54个InDel标记,对其游离小孢子培养获得的4个DH单株进行鉴定,其中3个标记在‘18-2’扩增出了结球甘蓝的特异条带,对小孢子植株‘18-2’的染色体数目和减数分裂行为进行观察研究发现,‘18-2’染色体数目为20,减数分裂正常,为大白菜添加结球甘蓝染色体片段的易位系,命名为‘AT1-18’。利用3个InDel标记对易位系‘AT1-18’自交和与‘85-1’回交后代进行鉴定,表明‘AT1-18’外源染色体片段能够稳定遗传。
2.对易位系‘AT1-18’进行田间性状调查,结果表明,易位系植株大小介于亲本大白菜‘85-1’和结球甘蓝‘11-1’之间,整体性状偏向于大白菜‘85-1’,相对于‘85-1’,叶片开展度较大,结球期和成熟期提前,叶球为近圆形,较‘85-1’小。对其进行主要营养成分含量测定表明,易位系‘AT1-18的’干物质、可溶性糖含量较‘85-1有所提高,粗纤维、VC和硝酸盐含量较‘85-1’有所下降,但差异都不显著。
3.对易位系‘AT1-18’不同发育时期激素含量、几个生长素相关基因的表达情况进行研究,结果表明,生长素(IAA)和分裂素(ZR)含量在‘AT1-18’变化趋势显著不同于大白菜‘85-1’,且各时期含量变化显著,脱落酸ABA及赤霉素GA3含量整体变化趋势与‘85-1’相同,但ABA不同时期含量水平高于‘85-1’。导入的2个结球甘蓝外源生长素相应蛋白基因Bol034475和Bol034470在‘AT1-18’的表达模式与结球甘蓝‘11-1’相似,且均在结球期呈高表达量,大白菜的2个内源生长素相关基因Bra18800和Bra18750在‘AT1-18’中的表达量与大白菜‘85-1’相似,但不同时期变化趋势稍有不同。
4.利用F2群体,构建了一个含有2460个SNP标记、覆盖10个连锁群的遗传图谱,遗传距离总长度1927.33cM,标记间平均距离为0.80cM,为高密度图谱;
5.共调查22个叶片及叶球相关性状,在F2群体中检测到13个性状的QTL位点30个,分布于除A09和A10外的8个连锁群上,其中控制叶片长、叶片宽和株高在不同发育时期的QTL分别为5个、7个和3个,外叶数相关的2个,与最大外叶长有关的1个,与叶片中肋有关的5个,与中心柱形状相关的3个,与全株重有关的1个;与球顶抱合方式有关的1个;与叶球形状有关1个,与球内颜色有关的1个;共检测出主效QTL位点11个。
6.通过对21个控制叶球发育相关性状QTL区域内的基因进行序列对比功能注释查找,共发现可能相关的候选基因10个,其中,涉及叶片近-远轴(Adaxial-abaxial polarity)发育相关的基因1个WOX5、叶片宽(Lamina width)基因3个(CYP79A2、KAN3、ATHB53)、叶片发育相关(Lamina development)6个(ABF4、AXR1、MYB21、GL1、IRX14、IXR1),KAN3、MYB21、GL1在前人研究中也被证明与叶片发育与叶球发育紧密相关。