甘蓝型油菜硼高效QTL的定位及三个QTL簇近等基因系的构建

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:renyuh
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硼是植物生长发育的必需营养元素,在植物体内具有重要的生理功能。然而,土壤缺硼是世界范围内重要的农业生产问题,成为限制多种作物产量的主要因子。甘蓝型油菜是世界上主要的油料作物之一,是需硼较高的物种,且对缺硼敏感。但是,不同甘蓝型油菜品种对低硼胁迫存在极显著的基因型差异。本研究利用筛选出的硼高效(抗低硼胁迫)品种青油10号和硼低效(对低硼胁迫敏感)品种Westar10构建的QW DH群体,对甘蓝型油菜硼高效相关性状进行了QTL分析、同时构建了硼高效主效QTL的近等基因系,获得的主要结果如下:1.甘蓝型油菜硼高效相关性状QTL的检测利用420个SSR标记和153个AFLP标记构建了QW DH遗传连锁图谱,该图谱覆盖了1923.15cM的遗传距离,平均标记密度为0.30marker/cM,相邻分子间的平均距离为3.35cM。通过三次独立重复营养液培养试验调查QW DH群体及亲本材料在正常硼(25μM B)和低硼(0.25μM B)水平下的表型,选取根长增加量、地上部干重、根干重、地上部硼含量、根硼含量、地上部硼累积量、根硼累积量和硼效率系数共8个性状为硼高效相关性状。利用QW DH图谱对这8个硼高效相关性状进行QTL扫描,共检测到71个QTLs,其中,包括正常硼水平下30个QTLs,低硼水平下35个QTLs和硼效率系数6个QTLs,单个QTL的表型贡献率范围为4.58%-48.34%。所检测到的QTLs分布在QW DH遗传连锁图谱的18条连锁群上,其中在A3,A4,A5和C4连锁群上存在着QTL簇。位于A3连锁群58.8-82.5cM区间的QTL簇,QTL-cluster-A3a,包含低硼水平下调控根长增加量、地上部干重、根干重、地上部硼累积量、根中硼累积量和硼效率系数的QTLs,贡献率为14.80%-48.34%,被认为是控制甘蓝型油菜硼高效的主效QTL位点。2.甘蓝型油菜高密度遗传连锁图谱的构建及硼高效相关性状QTL的检测基于甘蓝型油菜60K SNP:芯片技术,在上述QW DH群体中获得11,754个SNP标记,分为1,346个SNP-bin。与上述QW DH遗传连锁图谱整合,获得一张包含1,398个标记的高密度遗传连锁图谱,覆盖遗传距离为2139.34cM,平均分子标记密度为0.65marker/cM,相邻分子间的平均距离为1.53cM。根据两图谱上共有的标记,高密度图谱与原图谱间具有较好的线性关系。利用高密度遗传连锁图谱重新检查硼高效相关性状的QTL,共获得75个QTLs,正常硼和低硼水平下分别为30和41个QTLs,硼效率系数4个QTLs。单个QTL的表型贡献率范围为7.26%-31.56%。其中,有34个QTLs可在两个图谱中重复检测到。另外,在A3,A4和C4连锁群上同样存在QTL簇的分布,这些QTL簇与先前QW DH图谱检测的QTL簇位于染色体的相同位置。3.甘蓝型油菜三个硼高效QTL簇近等基因系的构建根据QW DH群体的硼高效QTL检查结果,将QTL-cluster-A3a, QTL-cluster-A4和QTL-cluster-A5作为目标QTLs。以硼低效亲本Westar10为轮回亲本,通过连续不断回交,构建其近等基因系。通过每一回交世代单株抗低硼胁迫表型鉴定、高世代回交单株目标QTLs簇的前背景和后背景基因型分析,最终获得6个含有不同硼高效目标QTL簇的BC3F1单株自交发展的BC4F1株系。对这6个株系进行抗低硼表型鉴定,均表现出明显的抗缺硼表型分离。其中,以同时含有3个目标QTLs簇的BC4F1-3株系的表型分离最为明显。在含有硼高效主效QTL-cluster-A3a的BC4F1-2株系中,筛选到一个在QTL区间基因型为杂合、其它区间为Westar10纯和的单株,进一步通过自交获得该单株的BC4F2群体。在该群体中,筛选到含有不同目标QTL片段的染色体代换系,根据后代表型测验,将QTL-cluster-A3a锁定在A3连锁群的CNU384-BnGMS436区间。4.甘蓝型油菜地上部矿质元素QTL的分析调查QW DH群体在正常硼和低硼水平下的地上部矿质元素的含量。与正常硼相比,低硼降低了地上部K和Mn的含量,增加了P,Fe和Zn的含量,对于Ca,Mg和Cu的含量影响不大。矿质元素在不同的硼水平下存在着显著的正相关或负相关。利用QW DH遗传连锁图,对地上部矿质元素含量进行QTL分析。分别检测到控制甘蓝型油菜地上部大中量元素和微量元素的QTLs为28和27个,表型贡献率为10.44%-30.97%。控制不同矿质元素含量的QTLs在QW DH遗传连锁图谱上存在共定位的现象。
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