甘蓝型油菜油脂合成遗传机制解析和EMS突变体库构建

发布时间：2021-11-27 21:59

　　油菜是我国重要的油料作物,是继大豆和棕榈后的世界第三大植物油的来源。提高种子含油量（Seed Oil Content,SOC）是油菜育种的重要目标之一,我国的甘蓝型冬油菜主要品种种子含油量在40%左右,比国外的优良品种低3-5个百分点。育种家手中已经收集到大量含油量超过50%,甚至达到60%的种质资源,因此,培育高含油量、适合推广种植的优良油菜品种有巨大的潜力。植物种子中的油脂合成和积累是一个复杂代谢调控网络,涉及多条代谢途径和数百个基因。但是,油菜的油脂生物合成机制仍然不清楚,这大大阻碍了油菜含油量的遗传改良。本研究通过多组学关联分析来解析甘蓝型油菜油脂生物合成的遗传和分子机制。通过构建油菜EMS突变体库筛选含油量和脂肪酸组成相关突变体,为研究油菜油脂合成和油菜育种提供材料。主要研究结果如下:构建505份甘蓝型油菜自交系组成的自然群体,利用重测序技术获取自然群体的变异图谱,并采集自然群体多年多点的含油量表型数据,利用线性混合模型（Linear Mixed Model,LMM）对不同环境的表型进行全基因组关联分析（GenomeWide Association Study,GWAS）。经... 

【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

油菜种子的结构

华中农业大学2020届博士研究生学位（毕业）论文植物油脂的合成是一个复杂的代谢调控网络，主要包括两个步骤：质体中脂肪酸的合成，内质网上脂肪酸修饰和三酰甘油(Triacylglycerol,TAG)组装（图1.2）。脂肪酸合成途径的前体是乙酰辅酶A，不同油料作物产生乙酰辅酶A的途径会不同，但大多数是通过如下途径产生乙酰辅酶A：蔗糖作为碳源，在细胞溶质中经过糖酵解作用水解成磷酸己糖、磷酸丙糖、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸等中间产物，这些中间产物在转运蛋白作用下转运到质体，继而氧化生成脂肪酸合成前体物乙酰辅酶A。前体物质在乙酰辅酶A羧化酶(ACCase,Acetyl-CoACarboxylase)、脂肪酸复合酶体等的催化下每循环延伸两个碳原子，最终合成16或者18个碳原子的脂肪酸，碳原子数目大于18的脂肪酸则在内质网中合成。接下来，质体中合成的脂肪酸以脂酰辅酶A的形式运输到内质网，在内质网上进行修饰，再一步步作用催化组装成TAG，最终TAG以油体形式储存在种子中。TAG生物合成是典型的肯尼迪途径：甘油三磷酸和脂酰辅酶A在甘油三磷酸酰基转移酶的催化作用下进行脂酰基转移反应，形成的溶血磷脂酸在溶血磷酸酰基转移酶催化作用下，形成磷脂酸。磷脂酸去除磷酸基进一步形成二酰甘油，二酰甘油酰基转移酶催化二酰甘油与一分子脂酰辅酶A进行脂酰基转移反应而形成TAG(ChapmanandOhlrogge2012)。图1.2植物中脂肪酸供应和TAG合成(ChapmanandOhlrogge2012)Figure1.2PathwaysoffattyacidsupplyforTAGsynthesis(ChapmanandOhlrogge2012)

甘蓝型油菜油脂合成遗传机制解析和EMS突变体库构建31.2含油量的遗传调控模式油菜含油量是一个复杂的数量遗传，对油菜含油量的遗传模式研究早在20世纪90年代就已经开始，油菜种子的含油量遗传特性比较复杂，主要包括核基因型遗传、母体遗传、细胞质遗传。但是因研究的方法和材料有差异，得到的结果也不尽相同。当然，也不能用一种遗传模式来解释含油量的遗传，可以是多种遗传效应相互作用共同来调控含油量。母体效应是指母体基因的非生殖因素对其子代的影响。研究者选取了含油量差异很大的两个材料ZY036（含油量49.8%）和51070（含油量35.9%），为研究含油量的母体效应，进行了两个平行实验（图1.3）。在ZY036植株上进行套袋自交以及以51070为父本对ZY036进行杂交；在51070植株上进行套袋自交以及以ZY036为父本对51070进行杂交。测量每个植株上收获的自交与杂交F1种子，结果显示：ZY036×51070的含油量为49.8%，ZY036自交的含油量为47.8%；51070×ZY036的含油量为37.7%，51070自交的含油量为35.9%。随后对正反交的F1进行自交，F2后代就不存在含油量的差异了，这些结果说明，含油量主要由母体基因型控制(Huaetal2012)。图1.3母性效应控制种子含油量(Huaetal2012)Figure1.3MaternalgenotypecontrolsthefilialSOC(Huaetal2012)细胞质效应则是指母体细胞质对性状的影响，它与母体效应的本质区别在于细胞质效应取决于存在于母体细胞质内的遗传物质。细胞质基因可通过控制叶绿体（或线粒体）的合成而调控植株光合作用（或呼吸作用），继而间接影响种子相关性状。研究者对甘蓝型油菜品种51218和56366进行含油量的遗传分析实验（图1.4），发现

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3523123