甘蓝型油菜菌核病抗性的遗传分析

利用牙签接种和花瓣接种鉴定了甘蓝型油菜DH821（抗）×DHBao604（感）组合P₁、P₂、F₁、BC₁、BC₂、F₂ 6个世代群体菌核病的抗性，通过主基因-多基因混合遗传模型分析表现，牙签接种3 d的抗性受2对加性主基因+加性-显性多基因控制，BC₁、BC₂、F₂ 群体主基因遗传率为12.49%~28.48%，多基因遗传率为21.08%~27.87%；5 d的抗性由2对加性-显性-上位性主基因控制，显性及显性互作效应明显，无多基因修饰，BC₁、BC₂、F₂群体主基因遗传率为25.19%~38.69%；3~5 d的菌丝扩展抗性由2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因控制，主基因效应明显，多基因效应不明显，BC₁、BC₂、F₂ 群体主基因遗传率为0.72%~54.06%，多基因遗传率为7.34%~46.79%。花瓣接种15 d的抗性由2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因控制，2对主基因的加性效应和显性效应为－3.6051~ －3.5225，互作效应为3.5190~3.6089，主基因遗传率为0.91%~41.79%，多基因遗传率为19.32%~73.69%。     

甘蓝型油菜耐盐和耐旱相关性状的QTL分析

盐胁迫和干旱胁迫是非生物胁迫中影响作物产量的重要因素,检测与耐盐和耐旱相关的QTL,可为抗逆油菜品种的选育提供理论依据。本研究利用德国冬性甘蓝型油菜Express和中国半冬性甘蓝型油菜SWU07为亲本构建的包含261个株系的双单倍体(doubled haploid, DH)群体,分别以1.2%NaCl溶液和20%PEG-6000溶液作为培养液模拟盐胁迫和干旱胁迫,去离子水为对照,对2个亲本和DH群体进行发芽试验。播种后7 d测定幼苗根长、鲜重及发芽率,计算各性状在盐胁迫和干旱胁迫下的相对值,并作为评价耐盐和耐旱的指标。根据已构建的遗传连锁图谱进行QTL定位。盐胁迫下,在3次重复中共检测到与盐胁迫相关的QTL12个,分布在A02、A03、A05、A09、C01和C09染色体上,单个QTL可解释的表型变异为3.61%～10.59%,其中5个QTL在不同的重复中被检测到。干旱胁迫下,共检测到与干旱胁迫相关的QTL 9个,分布在A01、A02、A03、A05、A09、A10和C03染色体上,单个QTL可解释的表型变异为3.94%～12.90%,其中2个QTL在不同的重复中被检测到。此外,在A0...     

甘蓝型油菜茎秆菌核病抗性与木质素含量及其单体G/S的相关性分析及QTL定位

菌核病是一类非专一性的植物真菌病原菌,寄主范围广泛,严重危害农作物的生产。对高世代重组自交系群体(RIL)及F2群体终花期茎秆进行菌核病抗性接种鉴定,根据构建的近红外模型对接种鉴定的茎秆木质素含量、单体组分比例进行测定,并进行相关性分析和QTL定位。结果表明在2013年和2014年RIL群体茎秆菌斑大小与木质素含量呈极显著负相关,相关系数分别为–0.348和–0.286,与单体G/S呈显著正相关,相关系数分别为0.198和0.167。2014年F2群体菌斑大小与木质素含量呈极显著负相关,相关系数为–0.306,与单体G/S相关性为0.142。F2:3家系抗(感)植株茎部切片间苯三酚染色观察表明抗性较强的材料木质素含量高于抗性较弱的材料。根据已构建的重组自交系高密度SNP遗传图谱,利用复合区间作图法对上述性状进行QTL分析,共检测到18个QTL,其中9个菌核病抗性相关QTL分布于A05、A06、C04和C06染色体,单个QTL可解释的表型变异为2.38%~12.05%;3个木质素含量QTL分别位于A04、A05和C01染色体,单个QTL可解释表型变异的2.03%~13.75%。6个木质素单体G/S QTL分布于A08、C03和C07染色体,单个QTL可解释表型变异的2.06%~8.66%。本文研究结果为油菜菌核病抗性育种提供了新的思路和理论基础。     

甘蓝型油菜盐胁迫下幼苗鲜重和干重QTL定位及候选基因分析

盐胁迫是非生物胁迫中影响作物产量的一个主要因素,利用分子标记方法选育油菜耐盐品种对提高油菜产量具有重要意义。选用来自GH06与P174杂交后通过单粒传法连续自交获得的高世代重组自交系群体,以含16 g L–1Na Cl的Hoagland溶液培养幼苗进行盐胁迫处理25 d后,分别测定叶和根的鲜重及干重,根据已构建的高密度SNP遗传连锁图谱进行QTL定位,在QTL物理区间筛选耐盐相关基因并以极端表型材料进行q RT-PCR分析。采用复合区间作图法(CIM),在对照和盐胁迫处理中共检测到19个QTL,其中与盐胁迫相关的有6个,可解释的表型变异7.16%~16.15%,分布在A02、A04和C03染色体上,将QTL置信区间序列和拟南芥中与盐胁迫相关的基因比对分析,共找到8个候选基因。对其中4个候选基因在极端表型材料中的表达分析表明,BnaA02g14680D与BnaA02g14490D基因在盐胁迫处理后的48 h或72 h表达量均高于对照组,即基因的表达由盐胁迫引起,而BnaC03g64030D在敏感型材料中的相对表达量高于在耐盐型材料中,BnaC03g62830D在敏感型材料中没有明显变化,但在耐盐型材料中呈现先升高后降低的表达特征,其表达可能会增强植株对盐胁迫的耐受力。本研究为油菜耐盐基因功能挖掘和油菜耐盐品种选育奠定基础。     

甘蓝型油菜茎秆强度相关性状及其与农艺性状的相关分析

为明确油菜茎秆强度相关性状在不同时期的变化特点及其与农艺性状间的关系,以四川地区茎秆强度不同的10份甘蓝型油菜自交系为研究材料,对茎秆强度相关性状间和茎秆强度相关性状与主要农艺性状进行相关性分析.茎秆强度相关性状间的相关分析结果表明:成熟期为油菜茎秆研究的最适时期.在这一时期,穿刺强度和抗折强度呈极显著正相关(r=0....     

不同环境中甘蓝型油菜种皮木质素含量的QTL定位

以甘蓝型黄籽油菜GH06和甘蓝型黑籽油菜中油821为亲本杂交,后代通过“一粒传法”连续自交7代构建重组自交系,2007年分别在重庆市北碚区和万州区2个试验基地种植重组自交系群体,利用本实验室已构建的遗传连锁图谱和复合区间作图法(CIM),对种皮木质素含量进行测定及QTL定位分析。结果在2个环境中共检测到12个种皮木质素含量相关的QTL,分别位于4个不同的连锁群,单个QTL可解释性状表型变异的4.50%~8.79%;在第3连锁群上检测到1个QTL与同一标记EM19ME23/130连锁,其余10个QTL位置不同;在北碚检测到的QTL主要分布于第20连锁群,在万州检测到的QTL主要位于第3连锁群;部分种皮木质素的QTL与种胚类黄酮和种皮色泽的QTL位于相近区间,在北碚和万州种皮木质素含量与种胚类黄酮存在极显著和显著正相关关系。结果表明甘蓝型油菜种皮木质素含量表现为多基因控制的数量性状,基因表达受环境影响较大;油菜种皮木质素合成和类黄酮的积累可能受相同关键基因调控或者具有部分相同的合成代谢途径。     

甘蓝型油菜品种对菌核病抗性的初步鉴定

１９８７～１９９２年在油菜菌核病的重病区（思南塘头）对近４００份甘蓝型油菜品种进行了田间自然抗病性的重复鉴定，从中鉴定出相对抗病的有７份，中抗的５１份。并于油菜的苗后期和角果发育期选取不同抗病程度的代表品种３５份进行了离体叶片和活体叶片的室内人工接种鉴定。３种方法的鉴定结果吻合率达９７．１％，在这３５份材料中，抗病的有４份，占１１．４％。     

利用SNP高密度遗传连锁图谱定位甘蓝型油菜种子硫苷含量的QTL

种子硫苷在甘蓝型油菜中有着重要的生物学作用和经济价值。本文旨在通过复合区间作图法利用高密度SNP遗传连锁图谱定位种子硫苷的QTL。用近红外扫描获得种子硫苷含量,每株系扫描3次,取平均值。所用的高密度SNP遗传图谱包含2795个SNP多态性标记位点,图谱总长1832.9 cM,相邻标记间平均距离为0.66 cM。定位了2年的种子硫苷含量QTL,其中有5个在2年内被重复检测到,分别分布在A03、A09和C02染色体上,LOD阈值在2.90~10.40之间。这些QTL在2011和2012年试验中分别解释了56.9%和55.1%的表型变异。另外有5个QTL仅在其中一年被检测到,这些QTL能够解释4.1%~7.9%的表型变异,QTL阈值在2.53~3.83之间。     

利用DH和IF2群体检测甘蓝型油菜株高相关性状QTL

株高是油菜重要的农艺性状之一。以油菜品种Express、SWU07构建的包含261个株系的DH群体和由其构建的包含234个株系的IF₂群体为材料, 分析2年环境下株高及其相关性状QTL表明, 在2个群体的各年份环境中总共检测到41个株高及其相关性状QTL, 分布于甘蓝型油菜的13条染色体上, 其中9个与株高相关的QTL, 分布于A02、A09、C01、C02和C06连锁群, 分别揭示了3.85%~13.34%的表型变异, 15个与主花序长度相关的QTL, 分布于A01、A02、A05、A08、A09、C01、C03和C05连锁群, 分别揭示了3.82%~9.52%的表型变异; 11个与第1分枝高度相关的QTL, 分布于A01、A03、A09、C01和C03连锁群, 分别揭示了4.01%~16.54%的表型变异; 4个与分枝区段长相关的QTL, 分布于甘蓝型油菜的A07、A09、C03和C04连锁群, 揭示了4.79%~8.10%的表型变异; 2个与平均节间长相关的QTL, 分布于A07和C05连锁群, 分别揭示了4.29%~6.04%的表型变异。其中5个QTL在不同年份环境或不同群体中被重复检测到。这些QTL为油菜株高的遗传改良提供了有用的信息。     

利用野生甘蓝抗性遗传资源获得高抗菌核病甘蓝型油菜的抗性与分子标记初步分析

茵核病是甘蓝型油菜最严重的病害之一,自身抗性低,而甘蓝野生资源中存在高抗遗传资源.以部分抗性的甘蓝型油菜中双9号和高抗性的甘蓝野生资源为亲本杂交得到F1 (ACC),F1连续用中双9号回交6代,得到育性基本恢复正常植株自交,培育成了高抗茵核病材料,命名为F6.染色体计数显示,F6有38条染色体,和甘蓝型油菜(AACC,2 n=38)一致.茵核病抗性鉴定实验结果说明F6对茵核病的抗性高于中双9号而弱于甘蓝.通过在亲本和子代间比较229个分布于甘蓝型油菜19个遗传连锁群的SSR分子标记以及16个与甘蓝抗茵核病特异性位点有关的SSR分子标记,发现甘蓝抗茵核病主要特异性区段9号连锁群已渗入甘蓝型油菜基因组中.     

核盘菌诱导下甘蓝型油菜防御相关基因表达差异分析

菌核病是油菜主要病害, 至今尚未在油菜及相关植物中找到抗性基因。本研究利用qRT-PCR法比较了抗病品种宁RS-1和感病品种APL01在接种核盘菌后0~48 h内11个防御相关基因的表达差异, 以揭示抗病品种宁RS-1的抗病机制。结果表明, 4个基因(PGIP、Cu/ZnSOD、OXO和GLP)在核盘菌诱导前后抗、感品种内表达量均较高, 且抗病品种的表达量显著高于感病品种, 尤其是PGIP基因, 抗病品种宁RS-1在24 h的表达量为诱导前的170.4倍, 而感病品种仅为诱导前的3.5倍, 该时期抗病品种PGIP的表达量为感病品种的1299.4倍;2个基因(LOX2和PDF1.2)在诱导前后抗、感品种内的表达量均较低, 但抗、感品种间表达量差异显著;5个基因(FeSOD、PAL、EDS1、PR1和EIN3)诱导前后抗、感品种内的表达量均较低, 且抗、感品种间的表达量差异不显著。推测抗病品种宁RS-1对菌核病的抗性可能是由于PGIP的上调表达, 抑制了核盘菌PG蛋白对侵染部位油菜组织细胞壁的降解, 从而抑制了油菜菌核病的发生与蔓延。     

BnMAPK1超量表达提高甘蓝型油菜菌核病抗性

植物MAPKs (mitogen-activated protein kinases)在多种生物和非生物胁迫中起重要作用。课题组前期克隆了甘蓝型油菜BnMAPK1基因,并获得BnMAPK1超量表达植株。本文以甘蓝型油菜中油821DH系为对照,以超量表达BnMAPK1的转基因油菜为试材,采用离体叶片接种的方法,测定染病叶片病斑的大小及病斑周围叶片的草酸含量,并用qRT-PCR检测转基因植株4个病程相关蛋白(OXO、Cu/ZnSOD、PR2、PR3)编码基因在核盘菌胁迫下的相对表达动态变化。结果表明,甘蓝型油菜BnMAPK1超量表达可显著抑制核盘菌对离体叶片的侵染,控制染病叶片内草酸毒素的积累,可能可以解除核盘菌对OXO表达的负调控,使另外3个病程相关蛋白基因(Cu/ZnSOD、PR2、PR3)表达上调。表明BnMAPK1超量表达可有效提高油菜菌核病抗性。     

甘蓝型油菜Cu/ZnSOD和FeSOD基因的克隆及菌核病菌诱导表达

依据拟南芥、芥菜型油菜和白菜已知超氧化物歧化酶(SOD)保守序列设计引物,用同源序列法和RT-RACE技术克隆甘蓝型油菜Cu/ZnSOD和FeSOD基因,经序列分析和基因片段拼接,得到Cu/ZnSOD和FeSOD基因的全长cDNA,分别为756 bp (GenBank登录号AY970822)和1 037 bp (GenBank登录号EF634058)。以cDNA序列设计引物,获得1 322 bp的Cu/ZnSOD基因组DNA (GenBank登录号DQ431853)和1 659 bp的FeSOD基因组DNA (GenBank登录号EF634057)。生物信息学分析表明,Cu/ZnSOD基因ORF框长459 bp,编码152个氨基酸残基的蛋白质,在基因组序列结构上具有7个外显子和6个内含子。而FeSOD基因ORF框长792 bp,编码263个氨基酸残基的蛋白质,在基因组序列结构上具有8个外显子和7个内含子。二者外显子和内含子交接处完全符合GT/AG规则。利用获得的Cu/ZnSOD的cDNA片段作探针,对菌核病菌诱导甘蓝型油菜叶片的mRNA进行Northern blotting分析,结果显示在同一品种(系)中菌核病菌诱导后Cu/ZnSOD mRNA表达量比诱导前升高,抗(耐)型油菜Cu/ZnSOD mRNA表达量明显高于感病型。油菜叶片SOD酶活性分析结果也获得了完全一致的结果。以上结果表明,甘蓝型油菜SOD基因与菌核病抗性相关。     

外源SA影响油菜叶表皮蜡质及菌核病抗性的机制

处于植物地上部分最外层的表皮蜡质被认为是植物抵御病原物入侵的第一道屏障,但表皮蜡质是否及如何参与油菜菌核病防御机制还不清楚。本试验选用2个抗病性不同的油菜品种中双9号(抗性品种)和渝油19 (感病品种),对水杨酸(SA)处理后的油菜幼苗接种核盘菌,分析油菜病情指数、叶表皮蜡质含量和晶体结构特征、抗氧化酶活性的变化规律。结果表明,SA处理使中双9号病情指数显著下降,渝油19无显著变化,SA诱导了油菜抗性品种中双9号对菌核病的抗性。接种核盘菌后,中双9号PAL活性显著增加,而渝油19显著下降; SA处理植株叶片PAL和POD活性显著高于单纯接种植株。渝油19苗期叶表皮蜡质总量显著高于中双9号。SA诱导中双9号蜡质总量及组分含量增加,柱状晶体结构减少,片状结构增加,扩大了蜡质层覆盖叶表面积。渝油19在SA处理后蜡质含量无显著变化,晶体结构发生了与中双9号相似的变化,但渝油19蜡质晶体熔融后覆盖叶表面积小于中双9号。综合分析认为防御酶活性及叶表皮蜡质共同参与SA诱导中双9号抗性增强的过程。     

甘蓝型油菜BnTT3基因的表达与eQTL定位分析

类黄酮途径中,TT3编码的4-二氢黄铜醇还原酶是参与原花色素和花青素合成的关键酶。为了明确该基因可能的上游调控网络,利用黄籽母本GH06和黑籽父本ZY821构建的遗传图谱,以Bn TT3基因在高世代重组自交系群体中随机选取的94个株系花后40 d种子的表达量作为性状,采用复合区间作图法进行e QTL分析。结果共检测到5个表达量相关的e QTL,分别位于A03、A08、A09和C01染色体,单个e QTL解释表型变异的5.22%~24.05%。A09染色体上存在2个主效e QTL,单个e QTL分别解释24.05%和16.55%的表型变异,分别位于标记KS10260~KBr B019I24.15和B055B21-5~KS30880之间,微效e QTL分布于A03、A08和C01染色体上。A09染色体上的2个主效e QTL区间(包含200 kb侧翼序列)与拟南芥、白菜、甘蓝和芸薹族近缘物种基因组同源区段具有很好的共线性关系。基因注释结果表明检测到的e QTL均为trans-QTL,2个主效e QTL区段共包含78个基因,包括MYB51、MYB52和b ZIP5转录因子,可能为Bn TT3基因的上游直接调控因子,对这些基因功能的深入分析将有助于阐明甘蓝型油菜黄籽性状形成的分子调控机制,为黄籽候选基因的克隆筛选奠定基础。     

利用非条件和条件QTL解析油菜产量相关性状的遗传关系

基于前期研究中构建的Sollux/Gaoyou DH群体在9个环境中的表型数据和新版遗传图谱,对油菜角果长度进行QTL定位,估测QTL的加性、上位性和环境互作效应。并通过条件QTL方法,解析角果长度与角果粒数和粒重之间的遗传关系,以期利用标记辅助,探讨通过选择角果长度基因型以增加角果粒数、提高千粒重,最终达到增加产量的可能性。结果共检测到在3个环境以上稳定表达的控制角果长度QTL 8个,加性效应值在0.09~0.26 cm之间,效应总和解释群体遗传总变异的60%。8对上位性QTL效应值在0.035~0.075 cm之间,效应总和为加性总效应的38%。QTL与环境互作效应只在少数位点和个别环境中显著。条件QTL研究表明,q SLA2、q SLC1-2和q SLC8-1位点,角果长度的变化对角果粒数影响较大;而通过选择q SLA7、q SLC1-2、q SLC8-1和q SLC8-2长角果标记基因型,可望同时提高角果粒数和千粒重。6个主效QTL 11个连锁标记基因型和表现型的关联分析,验证了条件QTL分析结果,表明通过对q SLA2、q SLA7、q SLC8-1和q SLC8-2位点6个连锁标记(ZAAS423、SUC1-3、ZAAS12a、ZAASA7-28、ZAAS433和ZAAS437)长角果基因型的聚合,可增长角果约2 cm,间接增加角果粒数2粒,同时提高千粒重0.4 g,从而可望实质性地提高油菜产量水平。     

甘蓝型油菜DH群体苗期抗旱性的评价

中国油菜主产区常常受到秋冬旱和春旱危害而影响产量及品质。本文通过盆栽试验,以株高(PH)、根长(RL)、地上部干重(SDW)、根干重(RDW)、根冠比(R/S)、总干重(TDW) 6个性状的抗旱系数作为抗旱性评价指标,对甘蓝型油菜DH(doubled haploid)群体的118个株系及其亲本进行苗期抗旱性评价,筛选极端抗旱DH系。结果表明,与对照相比,干旱严重抑制了甘蓝型油菜苗期的生长,6个评价指标均表现出显著差异,其中根干重的变异系数最大;在对照和干旱条件下,群体各株系各性状均表现出超亲连续分离,大部分呈正态分布,抗旱条件下的分离更为明显;相关性分析表明,地上部干重、根干重和总干重抗旱系数可作为甘蓝型油菜苗期抗旱性的主要评价指标;     

基于SNP遗传图谱定位盐、旱胁迫下甘蓝型油菜种子发芽率的QTL

研究盐胁迫、干旱胁迫下甘蓝型油菜的发芽率,寻找与发芽率相关联的分子标记,可为油菜逆境胁迫下种子萌发的分子标记辅助育种提供理论依据。本研究以甘蓝型黄籽油菜GH06和甘蓝型黑籽油菜P174为亲本,通过单粒传法(single seed descent, SSD)连续自交9代构建重组自交系群体。采用16 g L^–1的NaCl溶液进行盐胁迫,20% (W/W)的PEG-6000溶液模拟干旱胁迫,处理重组自交系种子并统计其发芽率。实验室构建的SNP遗传图谱,包含2795个SNP多态性标记位点,总长1832.9 cM,相邻标记间平均距离为0.66 cM,利用该图谱并采用复合区间作图法(CIM)分析两种胁迫条件下第3天、第4天及累计4 d后发芽率的QTL。共检测到19个QTL,分布于A01、A03、A06、A07、A09和C06染色体上。其中,11个盐胁迫相关的QTL可解释的变异为4.9%~10.9%,8个干旱胁迫相关的QTL可解释的变异为3.8%~6.9%;并且在A03和A09染色体上,盐胁迫和干旱胁迫下检测到的QTL有相近区段。研究结果表明油菜种子发芽率属于典型的数量性状,受环境影响较大;且随着胁迫时间的延长,油菜种子启动了不同的基因来响应环境胁迫。