油菜種子高油酸低亞麻酸的遺傳控制及等位基因特異標(biāo)記開(kāi)發(fā).pdf

1、油菜是世界上最重要的油料作物之一。菜籽油中脂肪酸組成直接決定其食用品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。高油酸、低亞麻酸菜籽油在加工、儲(chǔ)運(yùn)和煎炸時(shí)對(duì)氧化不敏感，具有很好的熱穩(wěn)定性和較長(zhǎng)的貨架期。高油酸菜籽油還可作為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生物柴油、環(huán)保型潤(rùn)滑劑等工業(yè)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料。因此，進(jìn)一步提高菜籽油中油酸含量和降低亞麻酸含量是當(dāng)前油菜脂肪酸改良的主要目標(biāo)。脂肪酸脫氫酶基因FAD2和FAD3是控制植物種子中十八碳不飽和脂肪酸含量的主要基因，但目前對(duì)多倍體甘藍(lán)型油菜中高油酸

2、、低亞麻酸變異的遺傳控制，以及FAD2和FAD3基因在甘藍(lán)型油菜基因組中的拷貝數(shù)、分布、表達(dá)模式及各拷貝的功能還不完全清楚。本試驗(yàn)利用QTL定位、基因克隆和蕓薹屬基因組生物信息學(xué)分析，研究甘藍(lán)型油菜中高油酸、低亞麻酸的遺傳控制，以及其主效基因FAD2和FAD3在油菜中的拷貝數(shù)、分布、表達(dá)模式和基因功能，并開(kāi)發(fā)出適用于選育高油酸、低亞麻酸油菜的穩(wěn)定性好、適用范圍較廣的等位基因特異標(biāo)記。取得的主要結(jié)果如下：
　　 1.通過(guò)生物信息學(xué)

3、分析和基因克隆鑒定了白菜、甘藍(lán)及甘藍(lán)型油菜中所有的FAD2、FAD3基因拷貝。在白菜和甘藍(lán)基因組中，F(xiàn)AD2各有兩個(gè)拷貝；甘藍(lán)型油菜存在4個(gè)FAD2基因拷貝，在A(yíng)、C基因組各有兩個(gè)。FAD3在甘藍(lán)和白菜基因組中各有3個(gè)拷貝，甘藍(lán)型油菜中共6個(gè)，在A(yíng)、C基因組各有3個(gè)拷貝。序列分析表明，位于白菜A1染色體及甘藍(lán)型油菜A1連鎖群上的FAD2基因很可能是一個(gè)假基因。進(jìn)化分析表明，白菜、甘藍(lán)、甘藍(lán)型油菜中FAD2和FAD3基因分別可分成2組和3

4、組，同一組內(nèi)的各拷貝在RNA水平和蛋白質(zhì)水平上均高度相似；同一組內(nèi)各個(gè)基因之間的相似性顯著高于不同組的兩個(gè)基因之間的相似性，而與其所處的基因組(A/C基因組)和物種無(wú)關(guān)；擬南芥、白菜、甘藍(lán)和甘藍(lán)型油菜中的FAD2基因在核酸和蛋白質(zhì)水平上均高度保守，F(xiàn)AD3基因在mRNA水平和蛋白質(zhì)水平上高度保守，而在基因組水平上差異很大，主要體現(xiàn)在內(nèi)含子序列的長(zhǎng)度和相似性上。
　　 2.QTL定位表明，控制本試驗(yàn)群體油酸含量的主效QTL位于甘藍(lán)

5、型油菜的A5連鎖群上，該QTL解釋了89%的表型變異。分子克隆發(fā)現(xiàn)，高油酸親本SWHickory中BnaA.FAD2.a(LG A5)拷貝存在一個(gè)4bp的插入，該突變?cè)斐砷_(kāi)放閱讀框的移碼，最終導(dǎo)致提前終止密碼子。該突變與前人報(bào)道的完全不同，屬于一種新的高油酸等位基因。在A(yíng)4和C4連鎖群上各檢測(cè)到一個(gè)控制亞麻酸含量的主效QTL，分別解釋了亞麻酸含量31%和60%的變異。低亞麻酸親本SW Hickory中BnaA.FAD3.b(LG A4)

6、和BnaC.FAD3.b(LG C4)基因編碼區(qū)域分別存在2個(gè)和1個(gè)SNP位點(diǎn)，其中BnaA.FAD3.b位點(diǎn)上的第一個(gè)SNP位點(diǎn)為同義突變，另一個(gè)為錯(cuò)義突變；BnaC.FAD3.b上的單堿基突變?cè)斐苫騼?nèi)含子剪切失敗，導(dǎo)致內(nèi)含子通讀，并造成開(kāi)放閱讀框的移碼和提前終止密碼子。同時(shí)，在A(yíng)5、A6連鎖群中各檢測(cè)到1個(gè)效應(yīng)較小的亞麻酸含量QTL，其貢獻(xiàn)率分別為7%和2%。SW Hickory中BnaA.FAD3.a(LG A5)基因在第269

7、位有一個(gè)T的缺失，該突變?cè)斐梢拼a并最終導(dǎo)致提前終止密碼子。
　　 3.利用RNA測(cè)序數(shù)據(jù)分析了甘藍(lán)型油菜FAD2和FAD3基因各拷貝的時(shí)空表達(dá)模式。結(jié)果表明，本研究所鑒定的油酸含量功能拷貝BnaA.FAD2.a，以及三個(gè)亞麻酸含量功能拷貝(BnaA.FAD3.a、BnaA.FAD3.b和BnaC.FAD3.b)，在油菜脂肪酸合成最為旺盛的種子發(fā)育中后期(14-25DAF)表達(dá)量急劇上升，為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期的7-20倍。各功能拷貝在1

8、4-25DAF種子中的表達(dá)量高低與其解釋的油酸、亞麻酸含量遺傳變異率一致。
　　 4.根據(jù)BnaA.FAD2.a、BnaA.FAD3.a、BnaA.FAD3.b和BnaC.FAD3.b在基因組序列水平上的差異，獲得了油酸含量的等位基因特異共顯性SCAR標(biāo)記；利用引物3’-端錯(cuò)配技術(shù)設(shè)計(jì)了A、C基因組上亞麻酸含量的等位基因特異共顯性SNP標(biāo)記。上述標(biāo)記在分子標(biāo)記輔助選擇中不受環(huán)境和遺傳背景影響，與種子中油酸和亞麻酸含量高度一致，為