甘蓝型油菜含油量和蛋白质含量相关基因的定位分析

发布时间：2018-02-21 17:58

  本文关键词： 含油量 蛋白质含量 QTL定位 全基因组关联分析 候选基因　出处：《西南大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：甘蓝型油菜是当今世界重要的油料作物,是我国食用植物油和优质饲用蛋白的重要来源之一。其中,含油量与蛋白质含量是油菜的2个重要经济指标。本研究首先利用520份甘蓝型油菜多年多点数据分析油菜品质性状关系。然后,以重组自交系群体60K Brassica Illumina SNP芯片数据构建的高密度连锁图对含油量和蛋白质含量进行QTL定位,结合采用覆盖甘蓝型油菜基因组的31832个SNP位点对520份甘蓝型油菜多年多点的BLUP数据进行全基因组关联分析结果,筛选不同环境调控油菜油脂和蛋白合成的基本基因群,最后,利用公式:DV=2×(YN CQ)/(CQ+YN)计算同年321份材料在云南与重庆间的差值,进行全基因组关联分析,筛选在特定环境下调控油脂和蛋白合成的潜能基因群。最后,进行候选基因表达量分析。主要结果如下:1、RIL群体和自然群体各品质性状的表型变异RIL群体和自然群体各品质性状在不同环境中均存在广泛的表型变异,且呈近似连续性正态分布,是符合典型数量性状的遗传特点,表明两个群体内的表型数据可以用于后续分析。2、多年多点环境下自然群体品质性状的相关、通径分析不同环境下,自然群体的大部分品质性状间的相关性达到了显著或极显著水平,少部分性状间的相关性在不同环境中出现了差异。通径分析表明:含油量和蛋白质含量相互制约,抑制对方的生物合成;黄籽度对含油量或蛋白质含量都有较大的直接正作用;硫苷、棕榈酸对含油量或蛋白质含量都有较大的直接负作用;在2013年和2014年重庆环境下,520份油菜的芥酸对含油量或蛋白质含量均有较大的直接负作用,在2014年云南环境下,321份油菜的芥酸对含油量或蛋白质含量的直接作用较小;不同环境下,油酸对含油量的直接作用有很大差异,表明油酸对含油量的贡献率受环境影响,还需进一步研究,但油酸对蛋白质含量有较大的直接负作用。3、RIL群体含油量和蛋白质含量的QTL定位采用复合区间作图法,在14个不同环境中,共检测到41个含油量相关QTLs,单个QTL的解释表型变异在3.28%~17.19%之间,重复检测到9个含油量QTLs,分别在A07、A09、C01、C03和C06染色体上;在7个不同环境中,共检测到15个蛋白质含量相关QTLs,单个QTL可解释表型变异率在4.30%~19.55%之间,只重复检测到1个蛋白质含量QTL(qPCA09-1);检测到2个共同控制含油量和蛋白质的QTLs,分布在C04和C06染色体上。4、自然群体各品质性状的全基因组关联分析自然群体各品质性状在GLM、MLM和A-D test模型下,共检测到360个显著SNP(P1/31832)。其中,不同模型下重复检测到3个含油量显著SNP位点,解释4.93%~5.08%的表型变异率;不同模型下重复检测到14个蛋白质含量显著SNP位点,解释4.43%~7.26%的表型变异率;油脂+蛋白总量在不同模型下下,重复检测到3个显著SNP位点,解释3.94%~5.00%的表型变异率,同时与含油量和蛋白质各重复检测到1个显著SNP位点。另外,重复检测到的67个含油量差值显著的SNP位点可解释6.79%~12.75%的表型变异;重复检测到1个蛋白质含量差值显著SNP位点可解释表型变异率为9.74%。5、用于候选基因筛选的显著位点综合QTL定位和全基因组关联分析结果,共找到5个与QTL相重叠的含油量SNP显著位点,以及不同模型重复检测到1个含油量SNP显著位点;检测到20个蛋白质含量相关SNP位点与QTL位点相重叠;油脂+蛋白总量重复检测到5个显著SNP位点与QTL位点相重叠,将作为筛选各性状基本基因群的重要位点。含油量和蛋白质含量的环境差值,分别重复检测到的67个和1个显著SNP位点,将作为筛选含油量和蛋白质含量潜能基因群的重要位点。6、候选基因筛选参考油菜基因组注释信息(http://www.genoscope.cns.fr/brassicanapus/),共筛选到9个与含油量基本基因群相关的拟南芥同源基因:AT5G58330、CER3、SVL5、AT5G56350、DS2、AT2G31690、AHB2、SDP6和IDH-VI,它们主要参与植物的三羧酸循环、糖酵解、脂肪酸合成和花粉精子细胞的分化等过程;共筛选到13个与蛋白质含量基本基因群相关的拟南芥同源基因,它们主要参与植物的蛋白质泛素化、蛋白质修饰以及翻译等过程来影响植物蛋白的合成,如BS14A,CUL1等;共筛选到5个与油脂+蛋白总量基本基因群相关的拟南芥同源基因:AHB2、SDP6、IDH-VI、AT2G23070、AT5G05580,其中AHB2、SDP6和IDH-VI也是含油量基本基因群相关的拟南芥同源基因。以上基因与油菜的基础代谢有关,影响油脂和蛋白的合成,是高油、高蛋白育种的目标基因。在特定环境中检测到的显著SNP位点的LD置信区间内,共找到10个与含油量潜能基因群相关的拟南芥同源基因:PAHX、AT2G03980、KASI、ALPHA-DOX2、PFK7、MES18、AT5G58660、GAPC1、LAG1、PMDH1;共找到4个与蛋白质含量潜能基因群相关的拟南芥同源基因:CYCT1、AT3G56370、AT4G19580、AT4G19570。这些基因受环境诱导,是特定区域高油、高蛋白育种的目标基因。7、候选基因的表达分析利用中双11高油材料各个组织器官、各个时期转录组数据(数据未发表),对本研究初步筛选到的40个甘蓝型油菜含油量和蛋白质含量相关的候选基因进行表达量分析。结果表明:10个基因在中双11高油材料的各个组织、各个时期表达量都很高(AT5G58330、AT5G5635、SDP6、AT3G16560、SERK1、RUB1、HDA6、AT3G17090、AT2G23070和CYCT);6个基因在部分组织器官、部分时期表达量较高;剩余的基因在各组织器官、各个时期的表达量很低或不表达(CER3、DS2、SVL5、AT5G62560、scpl33和AT5G05580)。因此,后续将对这些差异基因进行克隆并分析其基本的生物学功能,为深入解析甘蓝型油菜高含油量和蛋白质含量累积的的分子机制奠定基础。
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本文编号：1522496