甘藍型油菜種子老化處理后發(fā)芽指數(shù)QTL定位及生理分析.pdf

1、油菜是我國最為重要的油料作物和優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料作物，其種植面積和產(chǎn)量均占世界的三分之一。如何提高產(chǎn)量、選育優(yōu)良品種是當前擺在油菜育種科學家面前的重大課題。種子作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)資料，其品質(zhì)好壞直接決定出苗率及幼苗的生長情況。但在實際生產(chǎn)中，因貯藏方式不當，保存困難，時常發(fā)生種子老化、劣變和退化的問題，造成生產(chǎn)浪費和種質(zhì)資源遺失。因而開展油菜老化機理的研究，選育耐貯藏、抗老化品種對我國油菜生產(chǎn)具有十分重要的意義。本研究以甘藍型油菜G

2、H06（母本）和P174（父本）為親本構(gòu)建的重組自交系群體為試驗材料，利用高密度SNP遺傳連鎖圖譜，對人工老化后種子發(fā)芽指數(shù)QTL定位，并從中篩選極端材料測定其各項生理指標，包括脂肪酸及激素含量等，再結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序分析尋找相關(guān)候選基因，為解釋種子老化機理，選育甘藍型油菜優(yōu)良種質(zhì)奠定基礎(chǔ)。主要研究成果如下：
　?。?）將2015、2016年RIL群體種子老化處理（40℃，90％）15d后，統(tǒng)計發(fā)芽情況，計算發(fā)芽指數(shù)，結(jié)果顯示，201

3、5年老化后種子的發(fā)芽指數(shù)范圍為1.46-47.58，均值為23.92，變異系數(shù)為35.74%；2016年老化處理后種子發(fā)芽指數(shù)范圍為3.24-98，均值為57.31，大致是2015年的兩倍，表明種子在貯藏過程中活力下降較快，導致兩年種子品質(zhì)相差較大。從總體分布來看，2015年種子發(fā)芽指數(shù)呈明顯的正態(tài)分布，2016年種子發(fā)芽指數(shù)呈偏態(tài)分布，表明是由多基因控制的數(shù)量性狀，適合QTL分析。結(jié)合已構(gòu)建好的RIL群體SNP遺傳連鎖圖譜對2015、

4、2016年老化后種子發(fā)芽指數(shù)進行QTL檢測，共檢測到13個QTL，其中2015年檢測到6個QTL，分別分布在A02、A03、C02、C05和C08染色體上，2016年檢測到7個QTL，分別分布在染色體A03、A06、A09和C08上。在C08染色體上檢測到的QTL位點q2016AGI-C08-2和q2015AGI-C08重合，置信區(qū)間為36.8-38.4cM，目前沒有發(fā)現(xiàn)其他兩年重復檢測到的QTL。
　?。?）根據(jù)2015年RIL

5、群體人工老化后種子發(fā)芽情況篩選出極端表型材料，并對其高溫高濕處理后統(tǒng)計發(fā)芽指數(shù)，三次重復，結(jié)果表明油菜種子經(jīng)老化后發(fā)芽指數(shù)降低，但兩種材料相比，無論處理前后敏感型材料發(fā)芽指數(shù)都偏低，且人工處理后差別更明顯，表明人工老化使種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)物質(zhì)已發(fā)生改變，影響正常發(fā)芽。對人工老化處理前后極端表型材料的生理指標測定結(jié)果顯示，隨著老化加深，種子相對電導率和丙二醛含量逐漸升高，可溶性糖和和可溶性蛋白含量降低，脯氨酸含量升高，CAT和POD酶活性逐漸下

6、降，SOD活性呈先升高后降低的趨勢。其中變化較明顯的是相對電導率、脯氨酸和CAT含量，其余生理指標變化幅度較小。而從兩種不同材料來看，相對電導率老化處理前耐受型材料低于敏感型材料，處理后則相反；脯氨酸含量處理前后在敏感型材料中都較高；而CAT活性無論老化前后在耐受型材料中都較高。之后對種子老化發(fā)芽指數(shù)和各項生理指標進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，種子發(fā)芽指數(shù)與相對電導率、丙二醛和脯氨酸呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.666、-0.636和

7、-0.822，與其他指標（可溶性糖、可溶性蛋白、CAT、POD和SOD）均呈正相關(guān)，其中與CAT呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.736。
　?。?）對油菜種子極端材料老化處理后脂肪酸含量進行測定，結(jié)果顯示，種子人工老化處理過程中，各脂肪酸含量（亞油酸、亞麻酸、油酸和芥酸）變化不明顯，可能是由于種子在貯藏過程中脂肪酸含量已發(fā)生改變，老化處理對其影響較小。而從不同材料來看，耐受型材料芥酸含量遠遠高于敏感型材料，油酸和亞油酸含量較低，亞麻酸

8、含量與敏感型材料相差不大，表明脂肪酸含量和組分不同會影響種子活力，阻礙其正常萌發(fā)，進而導致其發(fā)芽指數(shù)有明顯差異。利用液相質(zhì)譜方法對老化處理后極端材料混樣（R0、R15、S0和S15）進行激素含量測定，發(fā)現(xiàn)高溫高濕處理后耐受型材料脫落酸含量升高，敏感型材料含量降低，赤霉素在兩種不同類型材料中含量均升高。從總體來看，種子老化處理前后ABA和GA3的含量變化不明顯，尤其是GA3含量較低，差異不大。但老化后油菜種子GA3/ABA比值均升高，表現(xiàn)

9、出內(nèi)源激素失衡可能也是種子老化過程中伴隨的生化反應或引起油菜種子劣變的原因之一。
　?。?）對甘藍型油菜種子老化處理后極端材料的混樣（R0、R15、S0和S15）進行轉(zhuǎn)錄組測序。在基因差異表達分析中，R15 Vs R0得到2843個DEGs，S15 Vs S0得到1086個DEGs，且上調(diào)基因明顯多于下調(diào)基因。以甘藍型油菜基因組為參考基因組對差異表達基因進行GO富集和KEGG通路分析，并比較R15 Vs R0和S15 Vs S0前

10、10個顯著富集的GO詞條和KEGG途徑，發(fā)現(xiàn)兩組有富集到相同的GO功能注釋和KEGG通路，如響應活性氧，蛋白質(zhì)折疊凳，但參與其中的基因數(shù)有很大差別，表明響應程度不同。然后主要對R15 Vs R0和S15 Vs S0兩組中共同差異表達上調(diào)的461個基因進行分析和整理，其中找到62個可能與種子老化相關(guān)的重要基因，分別編碼一些蛋白、激酶和轉(zhuǎn)錄因子等。本研究將轉(zhuǎn)錄組分析中SNP標記附近的基因位置與之前的RIL發(fā)芽指數(shù)QTL定位相結(jié)合，尋找落在Q