甘蓝型油菜一次有效分枝数候选基因的挖掘

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甘蓝型油菜(Brassica napus L.)是全世界广泛种植的油料作物之一,提高油菜产量是育种的一个重要目标。一次有效分枝数是甘蓝型油菜重要的农艺性状之一,许多研究表明增加甘蓝型油菜一次有效分枝数可以有效提高其产量。油菜的一次有效分枝数性状是典型的数量性状,其遗传机制比较复杂,尽管国内外已对该性状开展了较多研究,但受遗传差异等多种因素的影响,该性状的遗传和调控规律仍不明确,可用于该性状遗传改良的基因资源依然有限。因此,进一步挖掘甘蓝型油菜一次有效分枝数性状的候选基因可以为油菜高产育种奠定基础。本研究拟从200份不同来源的甘蓝型油菜自交系中挑选出多、少一次有效分枝数自交系作为亲本构建F2分离群体,对该群体一次有效分枝数性状进行遗传定位;结合从自然群体中挑选的多、少一次有效分枝数材料苗期茎尖生长点转录组测序(RNA sequencing,RNA-seq)、显微结构观察、激素含量测定,初步解析甘蓝型油菜一次有效分枝数性状复杂的遗传机制,揭示一次有效分枝形成的细胞学规律和激素含量特征,挖掘甘蓝型油菜一次有效分枝数性状的候选基因,以期为油菜多分枝遗传改良提供依据。本研究主要结果如下:1、利用多一次有效分枝数自交系19C080和少一次有效分枝数自交系19C076构建F2分离群体并基于重测序采用混合分离分析法(bulked segregant analysis,BSA)定位到4个数量性状位点(quantitative trait locus,QTL),分别位于C02(2个)、A02(1个)和C08(1个)染色体上,这4个候选区域中共有1023个基因。2、从自然群体中挑选多一次有效分枝数的20Z141、19C080、19C159和少一次有效分枝数的19C064、19C076、20Z130,对6个材料苗期茎尖生长点进行RNA-seq。结果表明19C064vs20Z141、19C076vs19C080和20Z130vs19C159共3个比较组中差异表达的基因个数分别为10165、6629和9307,3个比较组的共同差异表达基因有809个。GO富集分析发现大部分差异表达基因富集在与酶活性相关的GO条目中;KEGG富集分析发现大部分差异表达基因富集在次生代谢物的合成与降解的代谢通路中;同时还发现许多差异表达的基因与激素相关。3、对构建一次有效分枝数分离群体的亲本材料19C080和19C076苗期茎尖的内源激素含量测定,发现细胞分裂素中玉米素(Zeatin=TZ+CZ+DZ)和反式玉米素在19C080苗期茎尖中的含量显著高于19C076,反式玉米素核苷和二氢玉米素核苷在19C080苗期茎尖中的含量极显著高于19C076,顺式玉米素在19C080苗期茎尖中的含量显著低于19C076,异戊烯基腺苷在19C080苗期茎尖中的含量极显著低于19C076;赤霉素中的GA3在19C080苗期茎尖的含量显著高于19C076,而GA4在19C076苗期茎尖的含量极显著高于19C080;其余激素包括生长素、脱落酸、油菜素内酯和独脚金内酯在多、少一次有效分枝数材料中的含量无显著差异。4、对多一次有效分枝数的20Z141、19C080、19C159和少一次有效分枝数的19C064、19C076、20Z130苗期茎尖生长点和腋芽进行显微结构观察,发现多、少一次有效分枝数材料苗期茎尖和腋芽的形态和分化程度均有差异,多一次有效分枝数材料具有较多的腋芽且腋芽分化快于少一次有效分枝数材料,多一次有效分枝数材料腋芽分化部位细胞数量多于少一次有效分枝数材料,另外,多一次有效分枝数材料的物质运输系统更加发达。5、联合BSA-seq和RNA-seq共筛选出105个甘蓝型油菜一次有效分枝数候选基因,A02染色体上30个、C02染色体上56个、C08染色体上19个。这些候选基因中有7个转录因子,少部分基因的功能未得到注释。这些筛选出的候选基因为后续研究和油菜高产育种改良奠定了坚实的基础。
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