甘蓝型油菜分枝角度和株高全基因组关联分析

发布时间：2020-05-18 12:55

【摘要】：油菜是世界三大油料作物之一,是我国食用植物油的重要来源。人口的不断增长对食用油的产量增加提出了更高的要求。株高和分枝角度是油菜重要的株型性状,适度紧凑的分枝角度能提高油菜的种植密度,合适的株高能增强植株的抗倒性。因此,解析两个性状的遗传机制,挖掘优良的等位基因对株型育种具有重要价值。本研究中我们利用Illumina 60K SNP芯片对520份甘蓝型油菜材料进行基因分型,在重庆、长沙、南京和武汉多点调查群体的分枝角度和株高。最终利用3种关联模型对2个性状进行了全基因组关联分析,主要研究结果如下:(1)经过Genome Studio软件的质控,剔除分型不明确的或多拷贝的SNP,最终得到19,167个高质量SNP标记。利用Structure软件和筛选出的SNP标记计算群体结构,将关联群体分为2个亚群。群体平均亲缘关系值为0.061,表明群体株系间的亲缘关系较弱。(2)当r~2=0.1时,A,C亚基因组及全基因组的LD衰减距离分别是1,046、7,882 kb和6,660 kb。通过Haploview软件共检测到2,315个单倍型域(Haplotype Block),总长177.4 Mb,占油菜已组装基因组的20.9%。A亚基因组的单倍型域总长只占全基因组单倍型总长的24.8%,显著少于C亚基因组的75.2%。9个单倍型域长度超过3 Mb,除了一个在A06,其余分布在C亚基因组的5条染色体上。这6个超长单倍型域横跨或靠近着丝粒,与染色体的反转录转座子富集,基因密度低的区域重叠。(3)520份甘蓝型油菜株系在4个环境中的分枝角度变异范围广,单个环境极端自交系间差异最高达43.3°,广义遗传力是78.5%。利用GLM、MLM和A-D test三种模型,最终检测到56个显著位点,联合解释51.1%的表型变异。在53个关联区域预测到77个候选基因,包含SGR2、SGR4、SGR8、SGR9、LAZY1、TIR1、AFB5、TAR2和ARF10等拟南芥已报道基因的同源基因。(4)520份甘蓝型油菜株系在6个环境的株高表型变异范围广,从48.33 cm到228.39 cm,广义遗传力高达85.2%。利用GLM、MLM和A-D test三种模型,共检测到68个显著位点,联合解释42.3%的表型变异。在65个关联位点附近预测到95个候选基因,包含油菜已报道基因BnRGA和GA2ox8以及拟南芥GA20ox1、GA20ox2、GA2ox3、GA2ox4、GAMT1、DET2、DWF5、BRI1、BAK1、CYP90C1、CYP90D1、UGT73C5、ABCB1和PAO5等已报道基因的同源基因。(5)利用QTL侧翼标记的引物序列,将已发表的7个连锁群体和2个关联群体的株高QTL锚定至油菜参考基因组。本研究的70.5%关联位点与已报道的QTL重叠,29.4%位点在至少2个定位群体中得到验证。78.3%GLM和71.4%A-D test的关联位点与已报道的QTL重叠。(6)以高杆组作为参照群,在矮杆组中进行XP-CLR分析,预测到107个受选择区域,长度从10 kb到250 kb,总长5.1 Mb,占油菜已组装基因组的0.8%。本研究中的24关联位点与受选择区域重叠。
【图文】：

重力图,花序,拟南芥,重力

(Fukaki et al 1996; Fukaki et al 1998)。拟南芥的根主要通过根冠的中柱细胞来感受重力，用激光切除根冠的中柱细胞后，根的重力反应缺失，但切除根的其他组织却没有影响(Blancaflor et al 1998)。在植物细胞重力感受方式的众多解释中，淀粉平衡石假说（Starch-StatolithHypothesis ）因得到很多研究的支持而受到普遍认可。该假说认为平衡细胞（Statocyte）通过淀粉体随重力方向的沉降来感受重力信号（图 1.1）(Kiss et al1989)。在淀粉合成能力丧失的突变体 pgm-1（Phosphoglucomutase 1）中，由于淀粉粒的缺失，突变体根、茎和下胚轴重力反应减弱(Kiss et al 1989; Weise and Kiss1999)。拟南芥 sgr5 突变体中，茎内皮层细胞中淀粉体的沉降速率减慢，导致花序重力反应减弱(Tanimoto et al 2008)。对淀粉体不能正常沉降而滞留在茎内皮层细胞中上部的拟南芥突变体施以 30×的重力加速度处理，淀粉体沿重力方向沉降，，茎恢复向重力性弯曲(Toyota et al 2013)。这些结果证实淀粉体参与植物的重力感受。

拟南芥,突变体,野生型,微丝

甘蓝型油菜分枝角度和株高全基因组关联分析 SGR9 编码一个定位于淀粉体中的 RING 类型中的淀粉体无法与微丝分离，呈现增强的跳跃增大（图 1.2）(Nakamura et al 2011)。拟南芥2/3 复合体与微丝结合并促进微丝分支的形成，2 突变后，抑制淀粉体从微丝构成的细胞骨架中t et al 2010; Zheng et al 2015)。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S565.4

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