小白菜节间伸长特性的遗传分析及育种潜力研究

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小白菜(Brassica rapa ssp.Chinensis Makino),属于十字花科芸薹属白菜亚种,其营养丰富,环境适应性较强,生长周期短,产量高,在我国蔬菜产量上占有很大比重。但其在生长期间易受环境影响,出现节间伸长现象。本研究选择节间伸长明显的‘汉优’与‘WS258’等7个节间不易伸长的自交系配制杂交组合,构建‘汉优’与‘WS258’的F2分离群体,并利用BSA测序方法分析小白菜节间伸长的遗传模式;同时以‘汉优’与‘WS258’为主要研究对象进行半薄切片细胞观察、外施激素处理及伸长节间的转录组分析,对小白菜节间伸长的分子机制进行解析;为实现品种改良,培育利于机械化采收的小白菜品种提供理论基础。实验结果如下:1、节间伸长表型及细胞学观察露地种植‘汉优’节间均伸长生长,‘WS258’则表现为叶柄基部紧邻,无明显伸长。随后,选取‘汉优’、‘WS258’植株的第一片真叶与第二片真叶间的茎进行半薄切片处理,并利用Case Viewer软件对两种材料的半薄切片进行图像采集;观察发现,‘汉优’茎的表皮细胞、薄壁组织细胞、韧皮纤维细胞等排列整齐;在采集到的图像内其细胞数目明显少于‘WS258’,但细胞长度显著大于‘WS258’,约为‘WS258’细胞长度的1.4倍。2、小白菜节间伸长遗传模式分析对‘汉优’、‘WS258’、F1杂交组合及F2分离群体植株生长状态调查发现,F1植株均表现为叶柄基部紧邻,无明显间隔;同时F2分离群体中伸长植株与未伸长植株比值约为1:2.3,结合在BSA分析中未发现明显高于其他染色体的峰值,该性状可能由多基因调控的隐性性状。3、小白菜节间伸长性状转录组分析(1)利用转录组测序,并根据FPKM值对‘汉优’(VPA)与‘WS258’(VPC)茎节中表达水平存在显著差异的基因进行分析,共筛选得到差异表达基因1715个。通过GO功能富集分析发现,差异表达基因主要富集于细胞壁大分子代谢、细胞壁多糖代谢、半纤维素代谢、细胞壁生物发生等与细胞伸长相关的通路,且相关基因在‘汉优’中均有较高表达量。(2)KEGG通路富集研究表明,差异表达基因主要在α-亚麻酸代谢、植物激素信号转导、亚油酸的代谢等路径中显著富集。在显著富集的茉莉酸代谢通路中COI1受体、JAZ蛋白及MYC2转录因子相关基因及α-亚麻酸的代谢(茉莉酸合成)中参与茉莉酸合成的有关酶的基因在‘汉优’中表达量均相对较低,茉莉酸的代谢与合成可能受到抑制。由于茉莉酸对植物生长具有负调控作用,因此推测小白菜节间伸长可能与茉莉酸的生物合成与代谢相关。4、外施植物生长调节剂处理对小白菜节间伸长的影响在室内恒温温室中利用浓度均为0.1 m M的茉莉酸甲酯、赤霉素、油菜素内酯、脱落酸等植物生长调节剂对小白菜进行整株喷施处理,并设置清水作为对照。对各激素处理植株的节间长度、节间数等调查显示,不同材料对各激素的敏感性不同,赤霉素、油菜素内酯可有效促进小白菜的节间伸长;与其他激素处理相比,茉莉酸可有效抑制小白菜第一节间的伸长生长。
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