甘藍(lán)型油菜磷高效分子整合圖譜的構(gòu)建及磷高效QTL的定位與分析.pdf

1、油菜是產(chǎn)油效率最高的油料作物之一,我國油菜的種植面積和總產(chǎn)均居世界首位。甘藍(lán)型油菜占我國油菜種植面積的80％以上。甘藍(lán)型油菜對缺磷敏感,其栽培地區(qū)又處于我國土壤有效磷缺乏或嚴(yán)重缺乏的地區(qū)。因此,研究甘藍(lán)型油菜磷營養(yǎng)高效的遺傳機(jī)理,然后通過遺傳改良的方法培育甘藍(lán)型油菜磷高效品種對促進(jìn)油菜持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展、實現(xiàn)磷資源的可持續(xù)利用有著重要的意義。本實驗室利用甘藍(lán)型油菜磷高效品種鄂油長莢和磷低效品種B104-2為親本,構(gòu)建了一個含124個株系的高

2、度純合的重組自交系群體(命名為BE-RIL)。本研究以BE-RIL群體為材料,首先利用GBM、SRAP、SSR等標(biāo)記加密BE-RIL遺傳圖譜,構(gòu)建了一張高密度的新版本遺傳連鎖圖。然后通過兩批苗期水培試驗和兩年成熟期大田試驗,調(diào)查了磷正常和低磷條件下群體苗期的干重及磷含量、成熟期的產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀、種子中七種礦質(zhì)離子(磷、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅)的含量等性狀的表型變異。結(jié)合高密度的磷高效分子整合圖譜,對所考察的性狀在全基因組水平上進(jìn)行了

3、QTL定位及分析。獲得的主要研究結(jié)果如下:
　　 1.甘藍(lán)型油菜磷高效分子整合圖譜的構(gòu)建及其與擬南芥基因組的比較作圖:利用172個白菜的BAC序列自主設(shè)計了243對SSR標(biāo)記,利用模式植物擬南芥中與磷吸收代謝相關(guān)的46個功能基因自主設(shè)計了256對GBM標(biāo)記,然后利用BE-RIL群體124個株系的基因型,通過Joinmap4.0軟件構(gòu)建了一張含840個分子標(biāo)記的高密度BE-RIL遺傳圖譜。該圖譜含62個AFLP標(biāo)記,257個SRA

4、P標(biāo)記,472個SSR標(biāo)記以及49個GBM標(biāo)記。該圖譜總長為1913.6 cM,標(biāo)記的平均間距為2.3 cM。以已鑒定的擬南芥24保守區(qū)段為基礎(chǔ),利用BE-RIL遺傳圖譜上304個有DNA序列信息的標(biāo)記與擬南芥基因組進(jìn)行比對,在BE-RIL遺傳圖譜上共定位了38個共線性區(qū)段和77個保守島。從發(fā)表的文獻(xiàn)和擬南芥網(wǎng)站中收集了789個與目標(biāo)性狀相關(guān)的基因,利用電子定位的方法將它們的3162個同源基因定位到BE-RIL遺傳圖譜上。
　　

5、 2.親本及BE-RIL群體在不同磷水平下的表型分析:對苗期調(diào)查的各性狀而言,在缺磷的條件下,磷高效親本鄂油長莢相比磷低效親本B104-2表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢。對成熟期各性狀的調(diào)查表明,在缺磷的條件下,磷高效親本鄂油長莢的籽粒產(chǎn)量、每莢粒數(shù)、每株莢果數(shù)、分枝數(shù)、株高等性狀與磷低效親本B104-2相比具有顯著的差異,而千粒重則剛好相反。磷高效親本在缺磷條件下比磷低效親本能累積更多的礦質(zhì)養(yǎng)分。在磷正常條件,兩親本間上述所有性狀的差異不顯著。研究

6、結(jié)果表明無論是苗期還是在成熟期,BE-RIL群體植株的所有性狀都呈現(xiàn)連續(xù)分布,并表現(xiàn)出超親分離的現(xiàn)象。證實這些性狀為數(shù)量性狀,受到多基因的調(diào)控。性狀間的遺傳相關(guān)系數(shù)在同一磷水平下表現(xiàn)出較大的差異,而且其遺傳力也表現(xiàn)出顯著的差異,表明不同性狀其遺傳調(diào)控位點(diǎn)存在很大的差異,且受環(huán)境影響的程度不一。
　　 3.控制成熟期產(chǎn)量及相關(guān)性狀的QTL檢測及分析:在磷正常和缺磷的水平下,對BE-RIL群體兩批實驗的成熟期產(chǎn)量、千粒重、每莢粒數(shù)、

7、單株莢果數(shù)、分枝數(shù)、株高、磷效率系數(shù)等性狀進(jìn)行QTL分析,利用WinQTL Cartographer2.5軟件共檢測到95個顯著性QTL,其中磷正常條件下48個,缺磷條件下41個,6個QTL控制磷效率系數(shù)。這些QTL分布在16條連鎖群上。有19個QTL可以在兩批實驗中重復(fù)檢測到。單個QTL解釋表型的范圍為7.3-25.4％。利用BioMercator2.1軟件,我們將22個在其它研究中報導(dǎo)的控制產(chǎn)量及相關(guān)性狀的QTL映射到本研究所構(gòu)建的

8、遺傳圖譜上,這些QTL與本研究報導(dǎo)的18個QTL相互重疊。
　　 4.控制種子礦質(zhì)養(yǎng)分含量的QTL檢測及分析:在磷正常和缺磷的水平下,對BE-RIL群體兩批實驗的種子磷、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅等七種礦質(zhì)養(yǎng)分的含量進(jìn)行QTL分析,共檢測到78個顯著性QTL。其中磷正常條件下檢測到45個QTL,缺磷條件下檢測到33個QTL。這些QTL分布在17條連鎖群上,單個QTL解釋表型的范圍為7.8-18.1％。16個QTL可以在兩批實驗中重復(fù)

9、檢測到。
　　 5.控制苗期各性狀的QTL檢測及分析:在磷正常和缺磷的條件下,對BE-RIL群體三批苗期實驗的地上部干重、根干重、磷含量等性狀進(jìn)行QTL分析,共檢測到109個顯著性QTL,其中磷正常條件下檢測到49個QTL,缺磷條件下檢測到60個QTL。這些QTL在除A10和C2之外的其它各個連鎖群上均有分布。單個QTL解釋表型的范圍為6.9-26.7％。在三個實驗環(huán)境中只檢測到一個一致表達(dá)的QTL,表明不同的生長介質(zhì)及培養(yǎng)環(huán)境

10、對QTL的表達(dá)有較大的影響。通過對大田苗期和成熟期定位的QTL進(jìn)行比較分析,發(fā)現(xiàn)在苗期檢測到的部分QTL在成熟期中有表達(dá)。
　　 6.QTL的綜合分析:通過對苗期三批實驗和成熟期兩批實驗檢測到的282個QTL進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn),部分QTL成簇地分布在某些連鎖群的特定位置,并與本室之前分析得到的QTL簇相互重疊。例如A1、A3、A6和C3等連鎖群上的QTL簇。這表明在染色體的某些區(qū)段存在QTL的熱點(diǎn)區(qū)域控制不同的性狀。通過電子定位,