白菜類作物硫甙合成基因的鑒定及控制硫甙的QTL定位與分析.pdf

1、白菜類作物(Brassica rapa)是我國(guó)重要的蔬菜和油用作物,品種類型豐富多樣,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。伴隨著生活水平的逐步提高,人們對(duì)白菜類作物的品質(zhì)性狀愈加重視。硫代葡萄糖甙(硫甙)作為白菜類作物的重要的次生代謝物質(zhì),其某些降解產(chǎn)物具有植物防御和抗癌作用等生物活性而備受關(guān)注。擬南芥中硫甙的相關(guān)研究已相當(dāng)深入,而對(duì)白菜中硫甙的生物合成及遺傳規(guī)律的了解還相當(dāng)匱乏。白菜基因組測(cè)序的完成,使從分子水平上深入理解白菜中硫甙的生物合成途徑、控制白菜中

2、硫甙含量積累的QTL及候選基因成為可能。
　　 本研究對(duì)白菜類作物葉片中硫甙的結(jié)構(gòu)及含量進(jìn)行分析,為進(jìn)行白菜中硫甙的自然變異和遺傳研究提供基礎(chǔ)信息；在白菜基因組測(cè)序基礎(chǔ)上,利用比較基因組學(xué)鑒定了白菜中硫甙生物合成基因并初步建立起白菜中硫甙生物合成途徑；選擇硫甙含量存在差異的四個(gè)親本創(chuàng)建了三個(gè)永久性群體,分別構(gòu)建了遺傳圖譜,并進(jìn)一步進(jìn)行了控制白菜中硫甙積累的QTL定位分析；對(duì)25份重測(cè)序材料中硫甙生物合成基因的多樣性進(jìn)行了分析,并

3、針對(duì)重測(cè)序材料中硫甙結(jié)構(gòu)和含量的特點(diǎn)進(jìn)一步分析了影響硫甙積累的可能基因。本研究獲得如下主要結(jié)論:
　　 1.利用HPLC法在包括12個(gè)類型的215份白菜類作物中共檢測(cè)到8種硫甙,其中最主要的硫甙為脂肪族硫甙中的NAP,占總硫甙的40％左右。葉用白菜類作物和蕪菁的硫甙結(jié)構(gòu)和含量存在明顯的不同。同種脂肪族硫甙在不同季節(jié)間存在極顯著正相關(guān)；脂肪族硫甙在不同材料間存在極顯著差異,但在不同季節(jié)間差異不顯著。小白菜和蕪菁中不同材料間吲哚族硫

4、甙在季節(jié)間存在顯著差異,而大白菜中則差異不顯著。
　　 2.為了闡明白菜中硫甙生物合成途徑,利用比較基因組學(xué)在白菜中共鑒定了102硫甙生物合成基因,其中101個(gè)基因被精確的定位在白菜的10條染色體上。這樣在白菜中初步建立起來(lái)硫甙生物合成途徑。白菜中硫甙生物合成基因存在多拷貝現(xiàn)象,白菜與擬南芥中硫甙生物合成直系同源基因存在59％-91％的一致性。并且白菜中93％的硫甙生物合成基因與擬南芥直系同源基因保持高度的共線性；白菜中硫甙生物

5、合成基因揭示了白菜基因組的進(jìn)化,同時(shí)白菜中硫甙生物合成基因能解釋白菜中硫甙的特征。
　　 3.針對(duì)BILs群體,構(gòu)建了一張包含10個(gè)連鎖群的整合圖譜,該圖譜包括618個(gè)標(biāo)記(SSR、DArT、SRAP和InDel),覆蓋基因組長(zhǎng)度為1034.2cM:采用InDel標(biāo)記針對(duì)另外兩個(gè)BC2DH群體均分別構(gòu)建了遺傳圖譜,遺傳圖譜均包含10個(gè)連鎖群,分別包括194個(gè)和132個(gè)標(biāo)記,覆蓋基因組長(zhǎng)度分別為563.3和559.1cM。

6、　　 4.分別在兩個(gè)不同的季節(jié)針三個(gè)永久性群體及親本進(jìn)行了硫甙的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)硫甙在群體中存在變異。QTL檢測(cè)結(jié)果顯示,6個(gè)QTL控制脂肪族硫甙的積累,2個(gè)QTL控制總吲哚族硫甙的積累。進(jìn)一步根據(jù)側(cè)翼的Indel標(biāo)記和SSR標(biāo)記將以上8個(gè)QTL錨定在相應(yīng)的物理圖譜上。并明確了QTL位點(diǎn)的14個(gè)硫甙生物合成基因。并初步推斷BrMAM和BrAOP可能在控制白菜硫甙的積累過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。
　　 5.分析25份不同來(lái)源的白菜類作物(包

7、含作圖群體的4個(gè)親本)重測(cè)序數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)白菜中硫甙生物合成基因存在豐富的多樣性。平均每份材料中63.1％的硫甙基因存在SNP位點(diǎn),同時(shí)26.5％的硫甙生物合成基因存在Indel,但是絕大多數(shù)都分布在內(nèi)含子區(qū),引起錯(cuò)義突變或移碼突變的SNP和Indel所占比例極低。
　　 6.根據(jù)20份重測(cè)序樣本的硫甙數(shù)據(jù),分析了硫甙基因的變異與硫甙積累的相關(guān)性,共發(fā)現(xiàn)15個(gè)硫甙基因與硫甙的積累關(guān)系密切。對(duì)四個(gè)作圖親本QTL位點(diǎn)硫甙基因的變異分析結(jié)