整合分析甘藍(lán)型油菜中控制種子含油量變異的數(shù)量性狀位點(diǎn).pdf

1、甘藍(lán)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(zhì)對國計(jì)民生有著重大的戰(zhàn)略意義。在過去的數(shù)十年間,甘藍(lán)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(shí)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(diǎn)遺傳定位(QTL mapping)

2、的方法來發(fā)掘其調(diào)控位點(diǎn)、研究其變異的機(jī)理、并應(yīng)用于育種改良,是切實(shí)可行的策略。之前已有許多關(guān)于甘藍(lán)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(jié)果對育種改良實(shí)踐的促進(jìn)效果并不明顯,如,單項(xiàng)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(xiàn)率大多不超過10％,且很多QTL只在特定遺傳群體或試驗(yàn)條件下才被檢測得到。對種子含油量這一復(fù)雜性狀的育種改良,需要有更多可操作的遺傳位點(diǎn)、獲得這些位點(diǎn)

3、上相對高效的等位基因,而且還需要了解這些位點(diǎn)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(shí)踐的結(jié)果與預(yù)期相符。
　　 本研究考察了一個甘藍(lán)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(gòu)F2(Reconstructed-F2)群體—TN RC-F2群體,在連續(xù)5年、設(shè)置于中國不同地域的、共計(jì)15個獨(dú)立試驗(yàn)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(yàn)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(dá)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(jìn)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(guān)。通過對相鄰節(jié)段過渡上變異形式不同的株系分組,進(jìn)行基因型與變異類型的獨(dú)立性測驗(yàn),得到基因組上103個標(biāo)記位點(diǎn)與不同的變異類型相關(guān)。
　　 將各個節(jié)段上的收獲也作為獨(dú)立試驗(yàn),我們對上述共計(jì)20個獨(dú)立試驗(yàn)分別進(jìn)行了QTL,定位和上位性互作對位點(diǎn)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(biāo)記位點(diǎn)。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(biāo)記位點(diǎn)在不同的試驗(yàn)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(diǎn)獨(dú)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(guān)的遺傳位點(diǎn)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(jìn)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(dú)立的、不相重疊的“元QTL(meta-QTL)”

7、,和28個微效、獨(dú)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(shí)元QTL(即包含多個重疊的微效QTL)。由于每個獨(dú)立QTL包含的若干原始QTL都對應(yīng)若干特定的試驗(yàn),而我們記錄了各個獨(dú)立試驗(yàn)中種子油份積累關(guān)鍵時期的光照、溫度條件,因此,可以分析這些獨(dú)立QTL的環(huán)境特異性。結(jié)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(yàn)中被檢測得到的獨(dú)立QTL的確是對應(yīng)環(huán)境條件相對極端的試驗(yàn)。所以我們提出,不應(yīng)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(biāo)記,我們實(shí)現(xiàn)了將之前報道過的其它幾個具有代表性的甘藍(lán)型油菜遺傳群體中種子含油量QTL的定位結(jié)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(yàn)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(yàn)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(dú)立于QTL區(qū)間之外的互作位點(diǎn)。
　　 除了不同遺傳群體間的QTL比較,我們還將由育種品系中關(guān)聯(lián)分析所得的含油量變異關(guān)聯(lián)位點(diǎn)對應(yīng)到TN遺傳圖譜上,與定位的QTL進(jìn)行了比較。關(guān)聯(lián)位點(diǎn)驗(yàn)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(dú)立于QTL區(qū)間之外的互作位點(diǎn)被關(guān)聯(lián)分析驗(yàn)證。同時,QTL效應(yīng)大小也在比較分析中表現(xiàn)出與遺傳背