油菜萌发期耐淹性种质资源筛选与遗传机制解析

发布时间：2020-05-30 17:08

【摘要】：甘蓝型油菜是我国第一大油料作物,广泛种植于长江流域。由于长江流域雨水频繁等造成的淹水胁迫严重影响油菜萌发期的出苗与发芽,因此解析油菜萌发期耐淹性遗传和分子机制对于选育耐淹性品种具有重要意义。本研究的目的,一是对505份甘蓝型自交系油菜群体在萌发期进行淹水处理,通过表型与生理指标的测定,筛选出耐淹性强的种质资源;二是淹水胁迫处理后测定各项指标,通过关联分析定位与耐淹性相关的显著变异位点,解析萌发期耐淹性的遗传机制;三是选择代表性的两个极端材料进行转录组分析,通过差异基因的表达量,富集到相关的代谢通路,并将差异表达基因与GWAS定位结合,以预测QTL区间的候选基因。本研究的重要意义在于筛选耐淹性强的种质资源,解析油菜萌发期耐淹性的遗传与分子机制。主要结果如下:对505份甘蓝型油菜自交系群体萌发期的表型和生理指标进行测定,包括单位电导率、相对电导率、根长、茎长、根鲜重、根干重、茎鲜重、茎干重、总鲜重、总干重、总长,共11个指标。结果表明:相对电导率与单位电导率具有显著的相关性;9个表型性状在淹水胁迫下均受到显著影响,其中淹水对根的影响最大;通过生理指标与表型指标筛选到4份耐淹材料,8份敏感材料。此外,我们还发现表型性状的耐淹系数与含油量呈负相关,与千粒重呈正相关。基于505份油菜重测序数据,利用混合线性模型对表型性状与生理指标进行全基因组关联分析,发现78个与耐淹显著关联的SNP位点(-log(P)7.0)。其中,5个显著变异位点与根长相关;8个显著变异位点与茎长相关;2个显著变异位点与根鲜重相关;5个显著变异位点与根干重相关;4个显著变异位点与茎干重相关;6个显著变异位点与茎鲜重相关;7个显著变异位点与综合指标隶属函数值(MFVW)相关等。本研究根据生理指标与表型指标筛选到2份极端材料(76号和180号),并用于转录组分析。研究发现:(1)耐淹材料(76)在淹水6 h后,有4767个相关基因的表达量发生变化;(2)敏感材料(180)在淹水6 h后,有7150个相关基因的表达量发生变化;(3)在淹水0 h后,耐淹材料(76)与敏感材料(180)相比,发现14226个相关基因的表达量发生改变;(4)在淹水6 h后,耐淹材料(76)与敏感材料(180)相比,得到10803个差异表达基因。经统计分析,共发现12963个差异表达基因下调,10834个差异表达基因上调。本研究将全部的差异表达基因与关联分析候选区间内的全部基因进行对比,结果发现共有79个差异表达基因与关联分析显著位点附近内的基因相吻合。综上所述,本研究通过表型指标与生理指标筛选到4份耐淹材料,8份敏感材料。从中选取具有代表性的2份极端材料进行RNA-seq,通过转录组分析与关联分析的候选区间相结合,共预测79个差异表达基因,其中40个差异基因被定位重要的候选基因。这些基因的挖掘为油菜耐淹机制的研究奠定了基础。
【图文】：

油菜萌发期耐淹性种质资源筛选与遗传机制解析算的相关系数 R 均大于 0.7。此外，在 505 份自交系油菜群体中，根据单和相对电导率的数值，由小到大分别挑选排名前 5%和后 5%的材料。对这些材料进行分析，由图 2b 可知，相对电导率与单位电导率筛选出中有 17 份重合材料，匹配率达到 71%；相对电导率与单位电导率筛选出中有 18 份重合材料，匹配率均达到 75%以上。其中，，我们筛选出的重合分别为为：L84、L180、L265、L267、L277、L304、L312、L313、L37459、L461、L483、L507、L510、L511、L527，我们筛选出的重合的耐淹13、L14、L32、L41、L49、L66、L76、L78、L111、L121、L139、L15179、L182、L213、L406、L407。这些重合的极端材料为我们后期筛选材。a)

图 3 根据电导率与 MFVW 筛选极端材料的韦恩图Fig. 3 Venn diagram of extreme materials according to MFVW and electric conductivita）根据电导率与 MFVW 筛选的敏感材料；b）根据电导率与 MFVW 筛选的耐淹a) Sensitive materials screened according to MFVW and electric conductivity ;b) Tolerance materials screened according to MFVW and electric conductivity与相对电导率与单位电导率筛选极端材料一样，我们在 505 份自交系油中根据综合指标 MFVW 的数值由小到大各挑选排名前后 5%的极端材料。结根据两种电导率法筛选出的重合材料，我们发现电导率与综合指标 MFVW 重感材料有 8 份（图 3a），分别为 L84、L180、L277、L373、L459、L461、527，电导率与综合指标 MFVW 重合的耐淹材料有 4 份（图 3b），分别为 2、L76、L406。这筛选出的 12 份极端材料就是我们重要的种质资源，为后耐淹性育种以及转录组分析提供基础。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S565.4

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本文编号：2688447