油菜根系突变体磷效率的分析及TNDH群体磷高效QTL的定位研究

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土壤有效磷的缺乏严重影响了作物的生长发育及产量形成。甘蓝型油菜是我国主要的油料作物,需磷多,对缺磷极为敏感。筛选和培育磷高效品种是解决油菜需磷和土壤供磷矛盾的重要途径之一。揭示甘蓝型油菜磷营养高效的机制,将有利于推进磷高效品种的选育。本文从两个方面对甘蓝型油菜磷营养高效机理进行了探讨。第一,筛选磷营养高效突变体。第二,分析低磷胁迫对TN DH群体产量相关性状及其QTL表达的影响。获得的主要研究结果如下:1甘蓝型油菜根系突变体的筛选及其磷高效机理的研究通过6-BA不同浓度的梯度试验,确定0.2μM6-BA为甘蓝型油菜根系突变体筛选的临界浓度。在4200个EMS突变单株(M2)中筛选获得六类外源6-BA不敏感根系突变体。其中侧根突变体lrnl侧根的个数及密度显著高于野生型;主根突变体prll主根的长度显著长于野生型。通过营养液和土培试验对6-BA不敏感主根突变体prll和侧根突变体lrnl磷营养效率进行了鉴定。结果显示,低磷处理下,lrnl和prll根干重均比野生型有显著增加,且lrnl的增幅大于prl1;lrn1不仅能从介质中吸收较多的磷,还能将吸收到的磷素有效地用于地上部生长及籽粒的产出,而prll仅表现出较高的磷利用率通过营养液试验调查低磷和高磷处理下lrnl和prll内源细胞分裂的水平和磷饥饿诱导基因的表达,结果表明,lrnl根系细胞分裂素iPA及tZR的浓度在低磷和高磷处理下均显著低于野生型。prl1根系iPA的浓度在高磷和低磷处理下也均显著低于野生型,而tZR的浓度在低磷处理下显著高于野生型。与野生型相比,两个磷处理下lrnl和prll磷饥饿诱导基因的相对表达量均不同程度的增加。综上所述,lrnl根系内源细胞分裂素水平的下降,削弱了其对根系生长和磷饥饿诱导基因表达的抑制作用,从而提高了lrnl磷吸收和利用效率。lrnl和prl1之间根系生长及磷饥饿基因上调表达的差异可能导致了它们磷营养效率的不同。2甘蓝型油菜产量及相关性状对低磷胁迫的反应及QTL分析以甘蓝型油菜磷高效品种Ningyou7和磷低效品种Tapdidor所构建的的DH群体为材料,通过三年田间试验,调查了低磷胁迫对种子产量、第一分枝高度、株高、相对分枝高度、分枝数、每角果粒数、单株角果数及千粒重的影响。结果表明,低磷胁迫显著降低了TN DH群体的分枝数、株高、每角果粒数、单株角果数及产量,显著增加了第一分枝高度和相对分枝高度,但是对千粒重几乎没有影响。7个产量相关性状中,单株角果数、相对分枝高度及分枝数对低磷胁迫最敏感。在TN DH遗传连锁图G-map的基础上整合了53个磷功能标记(GBM),构建了含798个标记的高密度的TN遗传连锁图,图谱总长为2050.9cM,标记间距为2.6cM。利用新建的遗传连锁图,对所调查的性状进行了QTL定位。共检测到155个显著性的QTL,集中分布于A2、A3、A5、A9、C6和C9连锁群上。根据QTL置信区间相互重叠情况将155个QTL整合成了81个染色体区段,其中29个为低磷特异QTL区段、29个为磷正常特异QTL区段、23个为组成型表达的QTL区段。3个低磷特异的QTL区段内,同一性状的QTL可在两年试验中重复出现。6个组成型的QTL区段内,同一性状的QTL至少可在两年试验中的低磷水平下重复出现。这些低磷水平下重复检查到的QTL区段为甘蓝型油菜耐低磷产量性状的分子标记辅助育种提供了依据。53个GBM标记中有30个位于QTL置信区间内,这30个GBM标记来源于19个拟南芥磷代谢相关基因,这些基因在油菜中的同源基因可能为QTL候选基因。通过TN遗传连锁图谱与白菜及甘蓝的基因组序列的比较作图,30个GBM可在QTL区间所对应的白菜或甘蓝基因组共线性区间中找到12个同源基因。其中LPR1、GPT1、SIZ1、MGD2和PYKI0等5个基因位于低磷水平下重复检测到的QTL区段内,这些白菜或甘蓝同源基因的序列信息将为下一步QTL的精细定位和候选基因的预测提供丰富的信息。
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