论文部分内容阅读
酸性土壤的铝毒胁迫是限制我国南方油菜生产和产量提升的重要限制因子之一。研究油菜对铝胁迫的生理响应及油菜耐铝相关基因对改良油菜耐铝性和加快耐铝油菜品种选育具有重要意义。本研究基于254份遗传变异广泛的甘蓝型油菜资源,对其进行了耐铝性评价,并研究了极耐铝和铝敏感油菜品种（R178和S169）幼苗在不同铝浓度处理下的生理响应。此外,基于前期针对254份材料开发的200510个SNP（single nucleotide polymorphisms）标记,对油菜幼苗耐铝相关性状进行全基因组关联分析（genome-wideassociation study GWAS）,同时,利用RNA-seq技术分析鉴定铝胁迫下耐铝和铝敏感油菜（R178和S169）幼苗根系中耐铝相关差异表达基因,最后通过功能注释确定甘蓝型油菜幼苗耐铝性相关候选基因。本研究得到以下结果:254份甘蓝型油菜自交系品种在100μmol·L-1Al3+的营养液中培养7d后,与无Al3+对照相比,不同基因型油菜品种主根生长均受到了不同程度的抑制。通过测定主根相对伸长率（relative root growth RRG）,品种18G178的RRG为94.7%,主根受铝胁迫危害最轻,为极耐铝基因型品种。品种18G169主根伸长抑制最严重,其RRG最低为53.7%,为铝敏感基因型品种。以筛选出的耐铝品种R178（18G178）和铝敏感品种S169（18G169）为试验材料,在营养液培养条件下,分别用0、50、100、150、200和300μmol·L-1Al3+（p H4.5）处理28 d后测定其形态及生理指标,研究其对不同铝胁迫处理的响应。结果表明,50μmol·L-1铝处理下R178的根系形态指标与对照无显著差异,S169的根系形态指标与对照间均差异显著,随铝处理浓度的加大,除总根尖数表现出先升高后降低,其余根系指标均持续降低;此外,可溶性蛋白和脯氨酸含量在上述两个品种幼苗根系中均表现出开始升高而后持续降低,叶片中可溶性蛋白含量随铝浓度增加而降低,脯氨酸含量则呈现相反的趋势。铝胁迫导致2个品种幼苗根系和叶片的质膜透性显著增加。综上,铝胁迫显著抑制了油菜根系生长,破坏了细胞质膜的完整性,油菜幼苗通过蛋白质和脯氨酸含量的积累以及保护酶活性的增高抵抗铝胁迫。以耐铝型油菜品种R178和铝敏感型油菜品种S169为试验材料,利用RNA-seq技术分析不同铝胁迫时间下（0 h、6h、24h）耐铝和铝敏感油菜幼苗根系中的差异表达基因,筛选与油菜耐铝性相关的候选基因。研究结果表明,18个样品的原始数据经过质控和过滤,总共获得151.88Gb有效数据,平均每个样品得到7.07Gb有效数据。通过对2个油菜品种不同铝胁迫时间下根系差异表达基因的分析和功能注释,共筛选到46个耐铝性相关的候选基因,其中苹果酸通道蛋白基因7个、柠檬酸转运蛋白基因5个、ABC转运家族蛋白基因5个、金属转运家族蛋白相关基因14个、天然耐药相关巨噬细胞蛋白Nramp基因1个、C2H2锌脂蛋白转录因子基因3个、铝敏感蛋白基因2个以及抗氧化相关基因9个。以254份来源独立遗传变异广泛的甘蓝型油菜自交系品种为试验材料,测定铝胁迫及对照下甘蓝型油菜幼苗相关形态指标（地上部鲜重、根平均直径、根鲜重、主根相对伸长率、总根表面积、总根尖数、总根体积和总根长）,采用一般线性模型（GLM）和混合线性模型（GLM）并结合前期开发的200510个群体SNP标记进行全基因组关联分析。结果表明,在A01、A02、A03、A04、A06、A08、A09、C03和C04等9条染色体上探测到18个性状显著关联的SNP位点,并在显著性位点两侧100 Kb范围内发掘到30个耐铝相关候选基因,筛选到的基因主要包括ABC转运体家族基因、水通道蛋白基因、MATE家族蛋白基因、硫酸盐转运体家族基因、金属耐受蛋白基因和抗氧化相关基因,主要参与了无机离子的转运和代谢、苹果酸和柠檬酸等有机酸的转运排出、细胞壁修饰及氧化应激反应等过程。本研究发掘到的耐铝候选基因经进一步功能验证后,可为油菜耐铝性遗传改良和耐铝新品种选育提供基因元件和技术支撑。