李書宇 黃 楊 熊 潔 丁 戈 陳倫林 宋來強(qiáng)

甘藍(lán)型油菜早熟性狀QTL定位及候選基因篩選

李書宇 黃 楊 熊 潔 丁 戈 陳倫林*宋來強(qiáng)

江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所, 江西南昌 330200

目前對(duì)于油菜早熟的研究主要圍繞開花期性狀進(jìn)行, 雖然開花期與生育期呈顯著正相關(guān), 但卻并不完全一致。對(duì)于油菜開花后一系列生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程相關(guān)性狀的遺傳研究和QTL定位鮮有報(bào)道。本研究以成熟期差異較大的2個(gè)油菜品種‘花前早’和‘Global’構(gòu)建的DH群體為材料, 對(duì)影響油菜全生育期的各個(gè)發(fā)育階段(開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間和全生育期等)進(jìn)行表型調(diào)查和QTL定位分析。共檢測(cè)到30個(gè)早熟相關(guān)性狀QTL位點(diǎn), 其中開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間和全生育期等分別檢測(cè)到12、5、4和9個(gè)QTL位點(diǎn), 解釋了5.8%~22.4%的表型方差。發(fā)現(xiàn)4、2和1個(gè)全生育期QTL置信區(qū)間分別與開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間位點(diǎn)置信區(qū)間完全或部分重疊。篩選到29個(gè)可能與油菜早熟性狀相關(guān)的候選基因, 它們通過調(diào)控花期或籽粒發(fā)育等生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程影響油菜早熟。因此, 在早熟性狀的研究中, 可以同時(shí)從開花期和籽粒發(fā)育過程入手, 不但有利于使熟期進(jìn)一步提前, 也可減緩早熟油菜品種過早開花導(dǎo)致的冬前低溫寒潮天氣的不利影響。

甘藍(lán)型油菜; 早熟; QTL作圖; 候選基因

油菜是我國(guó)重要的油料作物, 菜籽油是城鄉(xiāng)居民主要的食用植物油[1-2]。在當(dāng)前我國(guó)植物油自給率持續(xù)下降的形勢(shì)下, 穩(wěn)定甚至增加國(guó)內(nèi)油菜生產(chǎn)對(duì)保障我國(guó)食用植物油供給安全具有重要的戰(zhàn)略性意義[3]。油菜不與糧食爭(zhēng)地, 發(fā)展南方700萬公頃冬閑田種植油菜是解決這一問題的有效方法[4-5]。早熟對(duì)于大多數(shù)農(nóng)作物來說是一個(gè)重要的農(nóng)藝性狀, 一方面可解決作物復(fù)種中的茬口緊張問題, 提高復(fù)種指數(shù), 增加全年作物總產(chǎn); 另一方面, 在高緯度、高海拔、無霜期短的高寒地區(qū)不僅可以充分利用高寒地區(qū)的光溫資源, 還可避免生育前期低溫冷害和生育后期的早霜危害, 從而保證作物的產(chǎn)量和品質(zhì), 對(duì)作物安全生產(chǎn)具有十分重要的意義[6-7]。油菜早熟性狀的遺傳解析, 對(duì)于早熟油菜品種的選育具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義[8]。

對(duì)于油菜早熟性狀的研究, 前人主要通過QTL連鎖分析或GWAS手段解析其遺傳基礎(chǔ)[9-12]。Ferreira等[13]首次利用DH群體和含有132個(gè)RFLP標(biāo)記的遺傳圖譜, 在A9、C2和C6染色體上檢測(cè)到3個(gè)開花期主效QTL, 其中位于A9染色體上的位點(diǎn)表型貢獻(xiàn)率達(dá)到28%。Long等[14]利用甘藍(lán)型油菜品種TN-DH及其衍生群體, 在11個(gè)環(huán)境中共檢測(cè)到42個(gè)開花期QTL位點(diǎn), 其中最大表型貢獻(xiàn)率達(dá)到52%, 并證實(shí)主效區(qū)間內(nèi)基因是油菜開花調(diào)控的關(guān)鍵基因。Zhou等利用300份油菜資源和201,817個(gè)SNP標(biāo)記, 對(duì)早熟相關(guān)性狀進(jìn)行GWAS分析, 檢測(cè)到131個(gè)顯著關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn), 解釋了表型方差的3.27%~13.17%, 此外, 通過單倍型分析和擬南芥同源比對(duì), 篩選得到57個(gè)油菜開花期調(diào)控基因。Mei等[15]利用早、晚花油菜親本構(gòu)建的F2:3家系為材料, 通過2年田間表型考察, 共檢測(cè)到6個(gè)開花期QTL, 解釋了表型方差的8.1%~ 30.4%。Xu等[9]利用523份油菜種質(zhì)資源, 在8個(gè)環(huán)境下對(duì)開花期性狀進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析, 檢測(cè)到41個(gè)顯著關(guān)聯(lián)位點(diǎn), 其表型方差為5.28%~15.75%。截至目前, 在所有19條油菜染色體中均檢測(cè)到早熟相關(guān)性狀QTL, 這表明油菜早熟性狀具有復(fù)雜的遺傳基礎(chǔ)[16-17]。

目前報(bào)道的油菜早熟性狀QTL定位主要集中在開花期[18-22], 雖然開花期與生育期呈顯著正相關(guān), 但卻并不完全一致。開花期可反映開花前生育進(jìn)程的快慢, 但不能反映開花以后植株生長(zhǎng)發(fā)育狀況。對(duì)于油菜開花后一系列生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程相關(guān)性狀的遺傳研究和QTL定位鮮有報(bào)道。本研究對(duì)影響油菜全生育期的各個(gè)發(fā)育階段(開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間)進(jìn)行研究, 分析各個(gè)發(fā)育進(jìn)程的特點(diǎn)及對(duì)于油菜早熟形成的影響, 以指導(dǎo)早熟油菜的新品種選育。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

利用成熟期差異較大的2個(gè)油菜品種‘花前早’和‘Global’為親本, 通過人工雜交獲得F1代種子。在初花期對(duì)F1植株取樣進(jìn)行小孢子培養(yǎng), 通過組織培養(yǎng)方法, 小孢子胚進(jìn)行無菌繼代培養(yǎng), 成苗后移栽至大田。在花期對(duì)小孢子苗套袋, 成熟期收獲自交種子后即獲得該DH群體種子。

1.2 田間試驗(yàn)

2016年10月至2017年5月、2018年10月至2019年5月在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地(2016南昌, 2018南昌), 2016年10月至2017年4月在韶關(guān)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地(2016韶關(guān)), 2018年4月至2019年8月在西寧青海大學(xué)試驗(yàn)基地(2018西寧)完成了DH群體種植和早熟性狀調(diào)查工作。該DH群體共包含184個(gè)株系及親本。田間試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 2次重復(fù)。每小區(qū)種3行, 小區(qū)廂寬2.0 m, 行距33.3 cm, 小區(qū)面積2.0 m2, 單株間平均間距15 cm。田間管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

1.3 性狀考察和數(shù)據(jù)分析

參考《油菜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》調(diào)查早熟性狀, 其中, 全區(qū)25%植株開花為開花期標(biāo)準(zhǔn), 全區(qū)75%以上花序完全謝花(花瓣變色, 開始枯萎)為終花期標(biāo)準(zhǔn), 全區(qū)75%以上角果呈枇杷黃色, 或主軸中段角果內(nèi)種子開始呈現(xiàn)成熟色為成熟期標(biāo)準(zhǔn)。開花期指從播種到初花期所需的天數(shù)。開花期至終花期的時(shí)間跨度為花期持續(xù)時(shí)間, 終花期至成熟期的時(shí)間跨度為角果期持續(xù)時(shí)間。

1.4 全基因組重測(cè)序

在苗期對(duì)DH群體所有株系及親本取樣, 取幼嫩葉片, 采用CTAB法提取DNA?；贗llumina HiSeq平臺(tái)進(jìn)行雙末端(PE150)測(cè)序, 利用cutadapt和trimmomatic軟件對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控過濾, 采用BWA軟件將測(cè)序數(shù)據(jù)與參考基因組進(jìn)行比對(duì), 使用Samtools軟件和Picard工具進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和reads排序, 最后使用GATK (v. 3.7)軟件進(jìn)行變異檢測(cè)以獲得SNP變異位點(diǎn)。

1.5 遺傳圖譜構(gòu)建與QTL定位

參考Xie等[23]提出的方法進(jìn)行遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建, 首先, 根據(jù)子代群體內(nèi)標(biāo)記之間的連鎖關(guān)系推斷親本的基因型, 并根據(jù)親本基因型將子代基因型轉(zhuǎn)換為A和B, 同時(shí)也可以與實(shí)際獲得的親本基因型進(jìn)行比較, 以判斷親本材料的真實(shí)性; 其次, 基于隱馬爾可夫模型(HMM)填補(bǔ)缺失的基因型, 并對(duì)部分錯(cuò)誤基因型進(jìn)行修正; 最后, 根據(jù)MSTMap軟件描述的方法評(píng)估標(biāo)記之間的重組率, 然后使用Kosambi作圖函數(shù)計(jì)算標(biāo)記之間的遺傳圖距。使用QTL Cartographer (v. 1.17)軟件進(jìn)行QTL分析, 分析方法選擇的是復(fù)合區(qū)間作圖法, LOD閾值用1000次重復(fù)排列測(cè)驗(yàn)確定(=0.05)。

1.6 候選基因的篩選

利用甘藍(lán)型油菜基因組ZS11-v20200127 (http:// cbi.hzau.edu.cn/cgi-bin/rape/download_ext), 在QTL置信區(qū)間內(nèi)查詢相應(yīng)的基因序列, 然后與擬南芥基因組序列(https://www.arabidopsis.org/Blast/index. jsp)進(jìn)行BLAST (參數(shù)設(shè)置為: e-10), 參考其同源注釋, 篩選出與油菜早熟性狀相關(guān)的候選基因。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本和群體表型

親本‘花前早’和‘Global’早熟各相關(guān)性狀差異較大,測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明, 所有環(huán)境中, 雙親在花期、花期持續(xù)時(shí)間、全生育期的差異均達(dá)到極顯著水平(表1)。雙親角果期持續(xù)時(shí)間的差異在不同環(huán)境中表現(xiàn)不同(表1)。DH群體各早熟相關(guān)性狀在不同年份均呈現(xiàn)廣泛的變異, 且在各個(gè)環(huán)境下都呈正態(tài)或近似正態(tài)分布(圖1), 符合數(shù)量性狀的典型特征, 適宜采用QTL手段解析其早熟性狀的遺傳基礎(chǔ)。

對(duì)上述4個(gè)早熟性狀進(jìn)行相關(guān)性分析(表2)表明,開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間等性狀與全生育期均顯著相關(guān), 其相關(guān)系數(shù)分別為0.926、-0.701和0.158。

表1 親本和DH群體在4個(gè)環(huán)境下的早熟相關(guān)性狀表型

同列中不同大寫和小寫字母分別表示在0.01和0.05水平上差異達(dá)到顯著。

Different uppercase and lowercase letters in the same column indicate significant difference at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

表2 DH群體4個(gè)早熟性狀的相關(guān)性分析

*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關(guān)。

*,**: Significant correlations at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

2016 NC, 2016 SG, 2018 NC和2018 XN分別指2016年南昌, 2016年韶關(guān), 2018年南昌和2018年西寧。

2016 NC, 2016 SG, 2018 NC, and 2018 SG were the code of different environment: 2016 Nanchang, 2016 Shaoguan, 2018 Nanchang and 2018 Xining, respectively.

2.2 遺傳圖譜構(gòu)建

經(jīng)過對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控過濾、BWA比對(duì), 變異檢測(cè)注釋等一系列生物信息分析后, 共獲得875,740個(gè)變異位點(diǎn)。參考Xie等[23]提出的方法, 篩選出874,995個(gè)高質(zhì)量多態(tài)性的SNP標(biāo)記用于構(gòu)建遺傳連鎖圖譜。各連鎖群長(zhǎng)度在62.56~ 206.71 cM之間, 平均長(zhǎng)度為136.88 cM。對(duì)上述SNP位點(diǎn)進(jìn)行整合得到3905個(gè)Bin。各連鎖群Bin數(shù)目在140~320之間, 平均數(shù)目為206個(gè); 各連鎖群上相鄰bin之間平均距離在0.42~0.98 cM之間。遺傳標(biāo)記在各連鎖群上覆蓋密度較高, 且分布較為均勻(表3和圖2)。

表3 遺傳連鎖圖譜信息統(tǒng)計(jì)表

2.3 多環(huán)境下早熟性狀QTL定位

利用上述構(gòu)建好的遺傳圖譜和DH群體表型數(shù)據(jù), 采用QTL Cartographer (v. 1.17)軟件對(duì)南昌、韶關(guān)和西寧2年4個(gè)環(huán)境下的早熟相關(guān)性狀分別進(jìn)行QTL掃描。共檢測(cè)到30個(gè)早熟相關(guān)性狀QTL位點(diǎn), 其中開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間和全生育期等分別檢測(cè)到12、5、4和9個(gè)QTL位點(diǎn), 解釋了5.8%~22.4%的表型方差(表4)。其中,和位點(diǎn)可在多個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測(cè)到。發(fā)現(xiàn)4、2和1個(gè)全生育期QTL置信區(qū)間分別與開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間位點(diǎn)置信區(qū)間完全或部分重疊(表4), 表明開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間等各個(gè)發(fā)育階段均能影響油菜全生育期, 其中開花期影響最大。

表4 不同環(huán)境下檢測(cè)出的早熟相關(guān)性狀QTL

FT: 開花期; FPD: 花期持續(xù)時(shí)間; SPD: 角果期持續(xù)時(shí)間; FGP: 全生育期。

FT: flowering time; FPD: flowering period duration; SPD: silique period duration; FGP: full growth period.

2.4 候選基因預(yù)測(cè)

參考甘藍(lán)型油菜基因組ZS11-v20200127, 將30個(gè)QTL置信區(qū)間內(nèi)序列和擬南芥的序列進(jìn)行比對(duì), 分別在A02、A06、A09、C04、C06、C07和C08染色體上的QTL 區(qū)間內(nèi)篩選到29個(gè)可能與油菜早熟相關(guān)的候選基因(表5)。在開花期QTL區(qū)間內(nèi), 篩選到12個(gè)候選基因, 其中為基因, 介導(dǎo)春化作用, 參與的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。有2個(gè)屬于基因家族, 在花分生組織活動(dòng)中起著核心作用。的擬南芥同源基因影響mRNA加工, 參與開花時(shí)間的調(diào)控。的擬南芥同源基因?yàn)橐荒晟詳M南芥延遲開花所必需。在花期持續(xù)時(shí)間QTL區(qū)間內(nèi), 篩選到的5個(gè)候選基因、S、、和分別與擬南芥、、、和同源, 其中直接參與開花時(shí)間調(diào)控,在花分生組織維持中起作用,參與花的發(fā)育, 光形態(tài)發(fā)生,參與花的發(fā)育, 對(duì)生長(zhǎng)素刺激的響應(yīng)和果實(shí)的發(fā)育等,為基因家族的成員, 編碼SCL13蛋白質(zhì)。在角果期持續(xù)時(shí)間QTL區(qū)間內(nèi), 篩選到8個(gè)候選基因, 有2個(gè)候選基因與生長(zhǎng)素調(diào)控響應(yīng)相關(guān), 3個(gè)候選基因與光合作用及光敏性相關(guān), 2個(gè)候選基因編碼LEA家族蛋白, 與胚胎晚期發(fā)育有關(guān), 1個(gè)候選基因編碼ENTH/ANTH/VHS超家族蛋白。在全生育期QTL區(qū)間內(nèi), 篩選到4個(gè)候選基因。其中,為基因, 參與調(diào)控植物從胚發(fā)生到花形成過程, 在乙烯介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)中起關(guān)鍵作用。編碼MADS box家族轉(zhuǎn)錄因子, 參與調(diào)控根細(xì)胞分化和開花時(shí)間。編碼MIKC家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子, 參與花粉發(fā)育。為基因, 參與晝夜節(jié)律。

3 討論

3.1 油菜遺傳圖譜構(gòu)建

分子遺傳圖譜是進(jìn)行油菜重要性狀QTL定位和基因克隆的基礎(chǔ)。早在1991年, Landry等[24]就利用103個(gè)RFLP標(biāo)記, 構(gòu)建了首張甘藍(lán)型油菜遺傳連鎖圖譜, 此后國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室陸續(xù)發(fā)布了多張遺傳圖譜, 但普遍存在密度較低和標(biāo)記分布不均勻等問題, 這限制了QTL定位的效率和精度。近年來, 分子生物學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展極大地推動(dòng)了油菜高密度遺傳圖譜的構(gòu)建。Shi等[25]利用1038個(gè)標(biāo)記和BnaZN F2群體, 構(gòu)建了一張長(zhǎng)度為1763.2 cM的高密度遺傳圖譜, 其相鄰標(biāo)記距離在1.45~4.01 cM之間, 平均2.19 cM?；赟NP芯片技術(shù), Liu等[26]利用9164個(gè)SNP標(biāo)記和RIL群體, 構(gòu)建了長(zhǎng)度為1832. 9 cM的油菜高密度遺傳圖譜, 其相鄰標(biāo)記平均距離為0.66 cM, 分辨率大大提高。俎峰等[27]利用甘藍(lán)型油菜60K SNP芯片(Illumina Infinium HD Assay)技術(shù)構(gòu)建的高密度遺傳連鎖圖長(zhǎng)度為3838.2 cM, 包含7601個(gè)SNP位點(diǎn)。目前報(bào)道的高密度遺傳連鎖圖大多采用甘藍(lán)型油菜60K SNP芯片(Illumina Infinium HD Assay)或簡(jiǎn)化基因組測(cè)序技術(shù)。本研究利用全基因組重測(cè)序篩選出874,995個(gè)SNP標(biāo)記構(gòu)建高質(zhì)量遺傳連鎖圖譜, 各連鎖群上相鄰bin之間平均距離在0.42~0.98 cM之間。遺傳標(biāo)記覆蓋密度較高, 且分布較為均勻。基于全基因組重測(cè)序技術(shù)構(gòu)建的遺傳連鎖圖譜質(zhì)量較傳統(tǒng)分子標(biāo)記、芯片或簡(jiǎn)化基因組測(cè)序技術(shù)手段獲得的遺傳圖譜更具優(yōu)勢(shì)。

3.2 不同發(fā)育階段與全生育期的相關(guān)性

全生育期是油菜早熟性狀鑒定的主要指標(biāo), 由于開花期與全生育期高度正相關(guān), 對(duì)于油菜早熟性狀的研究及品種選育等工作主要圍繞開花期性狀進(jìn)行研究[28-31]。俎峰等[27]認(rèn)為, 生育期比開花期遺傳更復(fù)雜, 在其QTL定位研究中需盡可能分解性狀, 量化性狀判定指標(biāo), 從而降低生育期的遺傳復(fù)雜度, 有利于檢測(cè)出穩(wěn)定的遺傳位點(diǎn)。本研究對(duì)影響油菜全生育期的各個(gè)發(fā)育階段(開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間等)進(jìn)行表型調(diào)查和QTL定位分析。各發(fā)育階段的田間表型和QTL定位結(jié)果均表明, 它們與全生育期密切相關(guān)。其中, 開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間與全生育期的皮爾森相關(guān)系數(shù)分別為0.926、-0.701和0.158, 相關(guān)性均達(dá)到顯著水平。在檢測(cè)到9個(gè)全生育期QTL位點(diǎn)中, 發(fā)現(xiàn)4、2和1個(gè)全生育期QTL置信區(qū)間分別與開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間位點(diǎn)置信區(qū)間完全或部分重疊。以上結(jié)果表明, 雖然開花期是早熟性狀選擇的重要指標(biāo), 但開花后的一系列生命活動(dòng)也參與了油菜的生殖生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程, 與全生育期顯著相關(guān)。因此, 在早熟性狀的研究中, 可以從各個(gè)發(fā)育階段入手, 不但有利于使熟期進(jìn)一步提前, 也可減緩早熟油菜品種過早開花導(dǎo)致的冬前低溫寒潮天氣的不利影響。

3.3 候選基因篩選

對(duì)模式植物擬南芥早熟相關(guān)基因的研究主要集中在開花期性狀[32-33], 其遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究表明, 主要有以下幾種途徑參與開花調(diào)控, 分別是春化、光周期、赤霉素、自主途徑和年齡等, 涉及100多個(gè)基因參與[34-37]。對(duì)于油菜早熟相關(guān)基因的研究, 也有開花基因被成功克隆的報(bào)道[38-41]。Chen等[42]克隆得到油菜開花基因, 并研究其花期調(diào)控機(jī)制。Hou等[43]克隆出甘藍(lán)型油菜基因, 該基因是調(diào)控油菜冬春分化的關(guān)鍵因子, 其表達(dá)受春化作用的抑制。本研究在油菜早熟性狀QTL置信區(qū)間內(nèi)篩選到29個(gè)早熟相關(guān)基因, 它們主要參與開花調(diào)控、花序分生組織活動(dòng)、春化、光形態(tài)建成及生長(zhǎng)素響應(yīng)等生物學(xué)過程。其中, 開花期、花期持續(xù)時(shí)間QTL置信區(qū)間內(nèi)篩選到的候選基因主要影響開花過程, 例如在C08染色體上篩選到的候選基因其擬南芥同源基因介導(dǎo)春化作用, 參與了的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。編碼一種核定位鋅指蛋白。在野生型擬南芥中, 春化導(dǎo)致開花抑制因子水平的穩(wěn)定下降。在突變體中, 雖然的表達(dá)在春化過程中正常下調(diào), 但當(dāng)植物恢復(fù)到正常溫度時(shí),mRNA的水平會(huì)上升[44]。在A02染色體上篩選到的候選基因, 其擬南芥同源基因與bHLH轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合形成異二聚體并負(fù)向調(diào)控其表達(dá), 直接受和基因的負(fù)調(diào)控, 為開花期調(diào)控所必須[45]。油菜開花受精后, 籽粒發(fā)育過程是影響油菜產(chǎn)量、品質(zhì)、成熟期等性狀的關(guān)鍵。對(duì)水稻、小麥等作物籽粒灌漿過程的研究表明, 大粒品種和高產(chǎn)品種的籽粒均具有灌漿速率快和灌漿時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)[46]。而在角果持續(xù)時(shí)間QTL置信區(qū)間內(nèi)篩選到的候選基因主要影響籽粒發(fā)育過程。例如, 在A09染色體上的, 其擬南芥同源基因?yàn)樯L(zhǎng)素調(diào)控基因, 參與籽粒發(fā)育。Hu等[47]發(fā)現(xiàn), 受生長(zhǎng)素誘導(dǎo)的基因在擬南芥器官發(fā)育過程中能夠通過改變細(xì)胞數(shù)量, 延長(zhǎng)生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間等方式調(diào)控籽粒發(fā)育。在C08染色體上的, 其擬南芥同源基因編碼LEA家族蛋白, LEA蛋白及其mRNA主要在籽粒發(fā)育晚期大量積累, 主要參與應(yīng)答植物失水脅迫, 與籽粒發(fā)育密切相關(guān)[48], 其對(duì)籽粒發(fā)育時(shí)間的具體影響還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

田間表型和QTL定位結(jié)果均表明, 開花期、花期持續(xù)時(shí)間、角果期持續(xù)時(shí)間等與全生育期密切相關(guān)。篩選到的29個(gè)候選基因通過調(diào)控花期或籽粒發(fā)育等生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程影響油菜早熟。因此, 油菜早熟性狀的研究可同時(shí)考慮開花和籽粒發(fā)育過程。以上工作為油菜早熟性狀的遺傳改良提供了新的思路。

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QTL mapping and candidate genes screening of earliness traits inL.

LI Shu-Yu, HUANG Yang, XIONG Jie, DING Ge, CHEN Lun-Lin*, and SONG Lai-Qiang

Institute of Crops, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, Jiangxi, China

Currently, the research on earliness traits of rapeseed mainly focused on flowering time. Although there was a significant positive correlation between the flowering period and the growth period, it was not completely consistent. There are few reports on the genetic studies and QTL mapping of traits related to rapeseed growth and development after flowering. We carried out phenotypic survey (flowering time, flowering period duration, silique period duration etc.) and QTL mapping with the DH population constructed by ‘Huaqianzao’ and ‘Global’ as material. A total of 30 QTL loci for earliness traits were detected. Among them, 12, 5, 4 and 9 QTL loci were detected in the flowering time, flowering period duration, silique period duration and full growth period, respectively, explaining 5.8%–22.4% phenotypic variance. The 2, 4, and 1 QTL confidence intervals of full growth period were found overlap in part or in whole with flowering time, flowering period duration and silique period duration respectively. The 29 candidate genes were screened, which affected the earliness traits by regulating flowering or silique development in rapeseed growth and development processes. Therefore, in the study of earliness traits, we could consider flowering time and silique development process at the same time, which not only helps to advance the maturity period, but also reduces the adverse effects of early flowering.

L.; earliness traits; QTL mapping; candidate genes

10.3724/SP.J.1006.2021.04145

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31660403), 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0101703)和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-12)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31660403), the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0101703), and the China Agriculture Research System (CARS-12).

陳倫林, E-mail: lunlinchen@163.com

E-mail: lishuyu0104@163.com

2020-07-02;

2020-10-14;

2020-11-11.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20201111.1038.002.html