整合分析甘藍型油菜中控制種子含油量變異的數(shù)量性狀位點.pdf

1、甘藍型油菜(Brassica napus L.)是世界范圍內(nèi)四大油料作物之一,其菜籽產(chǎn)油除了滿足日常食用所需,也可以被加工成工業(yè)用油；隨著不可再生的原油資源日益告急,提高植物油的產(chǎn)量和品質對國計民生有著重大的戰(zhàn)略意義。在過去的數(shù)十年間,甘藍型油菜的菜籽單產(chǎn)量得到了翻番,菜籽油的脂肪酸含量比例可以實現(xiàn)滿足不同用途的優(yōu)化,但是菜籽的含油量提升幅度較小。由于種子含油量是一個典型的數(shù)量性狀,因此通過數(shù)量性狀位點遺傳定位(QTL mapping)

2、的方法來發(fā)掘其調(diào)控位點、研究其變異的機理、并應用于育種改良,是切實可行的策略。之前已有許多關于甘藍型油菜種子含油量QTL的定位研究,但是其中存在一些問題,以致這些研究結果對育種改良實踐的促進效果并不明顯,如,單項研究中定位得到的QTL,數(shù)目非常有限、不超過20個,單個QTL對表型變異的貢獻率大多不超過10％,且很多QTL只在特定遺傳群體或試驗條件下才被檢測得到。對種子含油量這一復雜性狀的育種改良,需要有更多可操作的遺傳位點、獲得這些位點

3、上相對高效的等位基因,而且還需要了解這些位點上特異基因型發(fā)揮功能的適宜條件,由此才有可能使育種實踐的結果與預期相符。
　　 本研究考察了一個甘藍型油菜雙單倍體(DH)遺傳群體--TN DH群體,以及由它衍生的重構F2(Reconstructed-F2)群體—TN RC-F2群體,在連續(xù)5年、設置于中國不同地域的、共計15個獨立試驗中的種子含油量變異。其中,該遺傳群體的兩親本材料Tapidor和寧油7號均為中等含油量品系,在多個試

4、驗中的種子含油量均值分別為43.0±1.7％和41.74±2.1％,遺傳群體內(nèi)的變異為典型的連續(xù)分布,且呈現(xiàn)超親分離,變異范圍可達到從33％到51％,平均變幅為11％。
　　 另外,通過對TN DH群體各個株系的主花序自下而上進行分節(jié)段收獲角果(分為5段),我們發(fā)現(xiàn)不同株系在沿節(jié)段發(fā)育過程中種子含油量的變異形式有所不同,相鄰節(jié)段間種子含油量或表現(xiàn)上升或表現(xiàn)下降。在一定的植株極性條件下,這種不同形式的變異有可能與不同節(jié)段上角果發(fā)育

5、期間的環(huán)境條件有關。通過對相鄰節(jié)段過渡上變異形式不同的株系分組,進行基因型與變異類型的獨立性測驗,得到基因組上103個標記位點與不同的變異類型相關。
　　 將各個節(jié)段上的收獲也作為獨立試驗,我們對上述共計20個獨立試驗分別進行了QTL,定位和上位性互作對位點的檢測,共得到195個、大部分存在重疊的原始QTL區(qū)間,以及92個涉及互作的標記位點。其中,105個原始QTL的顯著性概率為p≤0.05,被定義為顯著QTL,另90個為p≤0

6、.5,被定義為微效QTL。涉及互作的標記位點在不同的試驗間鮮有重疊,其中大部分包含在原始QTL區(qū)間以內(nèi),只有36個互作位點獨立在原始QTL區(qū)間之外。而上述與節(jié)段上種子含油量變異類型相關的遺傳位點中,也有一半包含在這些原始QTL區(qū)間內(nèi)。
　　 根據(jù)“元分析(meta-analysis)”的方法,我們將重疊的原始QTL進行了區(qū)間的整合與精煉。由此,195個原始QTL區(qū)間被歸納為59個獨立的、不相重疊的“元QTL(meta-QTL)”

7、,和28個微效、獨立的原始QTL；根據(jù)這些元QTL所包含的原始QTL的顯著性概率,可將它們劃分為50個顯著元QTL(即包含的原始QTL至少有一個為顯著QTL),和9個微效真實元QTL(即包含多個重疊的微效QTL)。由于每個獨立QTL包含的若干原始QTL都對應若干特定的試驗,而我們記錄了各個獨立試驗中種子油份積累關鍵時期的光照、溫度條件,因此,可以分析這些獨立QTL的環(huán)境特異性。結果發(fā)現(xiàn),有28個元QTL表現(xiàn)出一定的環(huán)境特異性,且其中一些

8、只在特定試驗中被檢測得到的獨立QTL的確是對應環(huán)境條件相對極端的試驗。所以我們提出,不應該忽視那些環(huán)境特異性的QTL。
　　 借助遺傳圖譜間的共同分子標記,我們實現(xiàn)了將之前報道過的其它幾個具有代表性的甘藍型油菜遺傳群體中種子含油量QTL的定位結果部分映射到了TN遺傳圖譜上。通過比較分析發(fā)現(xiàn),多環(huán)境試驗有助于提高TN遺傳群體中的QTL檢出率,使其一個群體中所得的QTL可以覆蓋其它三個群體所得QTL的80％；另一方面,其它群體定位的

9、QTL也驗證了TN群體中30％的QTL,其中包括25％的微效QTL,另外還有近20％獨立于QTL區(qū)間之外的互作位點。
　　 除了不同遺傳群體間的QTL比較,我們還將由育種品系中關聯(lián)分析所得的含油量變異關聯(lián)位點對應到TN遺傳圖譜上,與定位的QTL進行了比較。關聯(lián)位點驗證了TN群體中約25％的QTL,其中一半為微效QTL,另外也還有近20％獨立于QTL區(qū)間之外的互作位點被關聯(lián)分析驗證。同時,QTL效應大小也在比較分析中表現(xiàn)出與遺傳背