甘蓝型油菜苗期叶表蜡质性状形成的遗传机制

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甘蓝型油菜(Brassica napus L.)是食用植物油、动物饲料和生物燃油的重要来源。干旱、低温和病虫害等多种生物和非生物胁迫严重危害着油菜幼苗的生长发育。角质层蜡质是植物地上部抵御外界逆境的首道屏障,其化学组成和晶体结构决定着植物体表面的理化性质。揭示油菜叶表蜡质形成的分子机制在油菜的抗(耐)逆遗传改良中具有重要意义。本研究以297份甘蓝型油菜核心种质资源为材料,通过全基因组关联分析揭示了与油菜苗期叶表蜡质含量显著相关的SNP位点,结合基因组与转录组分析发掘了油菜中调控蜡质性状的候选基因。主要研究结果如下:1.根据油菜苗期叶表色泽的显著差异可以判断蜡质覆盖的程度,从而将不同油菜种质的蜡质表型划分为低蜡、中蜡和高蜡三种类型。利用扫描电镜观察到叶表蜡质含量决定着外角质层蜡质晶体的密度。强光处理能显著提高油菜叶表的蜡质积累量。高蜡表型油菜种质对核盘菌侵染的抗性显著高于低蜡种质,去除表皮蜡质后,油菜叶片对核盘菌的抗性显著降低。高蜡表型油菜种质苗期地上部分的平均鲜重显著低于低蜡种质。2.基于297份油菜种质苗期蜡质性状的表型变异,利用全基因组关联分析定位到了与叶表蜡质覆盖量显著相关的89个SNP位点,结合对油菜基因型叶表蜡质差异的转录组分析,鉴定得到了包括Bna A02.LOX4在内的17个差异表达候选基因。通过选择清除分析揭示了高蜡和低蜡表型种质群体之间的选择性痕迹,进一步与高蜡和低蜡油菜基因型间的差异表达基因进行交叉分析后筛选出了349个候选基因,且据此简要推测了油菜叶表皮中蜡质生物合成的基本通路。3.发现了不同蜡质表型的地理分布规律及其与油菜生态型之间的关联。来源自德国的大部分冬性油菜表现出高蜡表型,而分布于中国的半冬性油菜以低蜡表型为主。分析表明,Bna Cnn.CER1、Bna A02.CER3、Bna C02.CER3和Bna A01.CER4等基因的等位变异是导致不同生态型油菜种质间蜡质表型分化的潜在遗传基础。本研究首次揭示了油菜蜡质性状与生态型之间的关联;从基因组和转录组水平上综合解析了造成油菜叶表蜡质表型分化的遗传机制,并鉴定到了多个与蜡质含量显著相关的遗传位点和候选基因;为进一步在油菜育种工作中加以利用提供了种质资源和理论依据。
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