甘蓝型油菜种子老化处理后发芽指数QTL定位及生理分析

发布时间：2019-01-02 10:55

【摘要】：油菜是我国最为重要的油料作物和优质的蛋白饲料作物,其种植面积和产量均占世界的三分之一。如何提高产量、选育优良品种是当前摆在油菜育种科学家面前的重大课题。种子作为农业生产中最重要的生产资料,其品质好坏直接决定出苗率及幼苗的生长情况。但在实际生产中,因贮藏方式不当,保存困难,时常发生种子老化、劣变和退化的问题,造成生产浪费和种质资源遗失。因而开展油菜老化机理的研究,选育耐贮藏、抗老化品种对我国油菜生产具有十分重要的意义。本研究以甘蓝型油菜GH06(母本)和P174(父本)为亲本构建的重组自交系群体为试验材料,利用高密度SNP遗传连锁图谱,对人工老化后种子发芽指数QTL定位,并从中筛选极端材料测定其各项生理指标,包括脂肪酸及激素含量等,再结合转录组测序分析寻找相关候选基因,为解释种子老化机理,选育甘蓝型油菜优良种质奠定基础。主要研究成果如下:(1)将2015、2016年RIL群体种子老化处理(40℃,90%)15d后,统计发芽情况,计算发芽指数,结果显示,2015年老化后种子的发芽指数范围为1.46-47.58,均值为23.92,变异系数为35.74%;2016年老化处理后种子发芽指数范围为3.24-98,均值为57.31,大致是2015年的两倍,表明种子在贮藏过程中活力下降较快,导致两年种子品质相差较大。从总体分布来看,2015年种子发芽指数呈明显的正态分布,2016年种子发芽指数呈偏态分布,表明是由多基因控制的数量性状,适合QTL分析。结合已构建好的RIL群体SNP遗传连锁图谱对2015、2016年老化后种子发芽指数进行QTL检测,共检测到13个QTL,其中2015年检测到6个QTL,分别分布在A02、A03、C02、C05和C08染色体上,2016年检测到7个QTL,分别分布在染色体A03、A06、A09和C08上。在C08染色体上检测到的QTL位点q2016AGI-C08-2和q2015AGI-C08重合,置信区间为36.8-38.4cM,目前没有发现其他两年重复检测到的QTL。(2)根据2015年RIL群体人工老化后种子发芽情况筛选出极端表型材料,并对其高温高湿处理后统计发芽指数,三次重复,结果表明油菜种子经老化后发芽指数降低,但两种材料相比,无论处理前后敏感型材料发芽指数都偏低,且人工处理后差别更明显,表明人工老化使种子内部结构物质已发生改变,影响正常发芽。对人工老化处理前后极端表型材料的生理指标测定结果显示,随着老化加深,种子相对电导率和丙二醛含量逐渐升高,可溶性糖和和可溶性蛋白含量降低,脯氨酸含量升高,CAT和POD酶活性逐渐下降,SOD活性呈先升高后降低的趋势。其中变化较明显的是相对电导率、脯氨酸和CAT含量,其余生理指标变化幅度较小。而从两种不同材料来看,相对电导率老化处理前耐受型材料低于敏感型材料,处理后则相反;脯氨酸含量处理前后在敏感型材料中都较高;而CAT活性无论老化前后在耐受型材料中都较高。之后对种子老化发芽指数和各项生理指标进行相关性分析,结果表明,种子发芽指数与相对电导率、丙二醛和脯氨酸呈极显著负相关,相关系数分别为-0.666、-0.636和-0.822,与其他指标(可溶性糖、可溶性蛋白、CAT、POD和SOD)均呈正相关,其中与CAT呈极显著正相关,相关系数0.736。(3)对油菜种子极端材料老化处理后脂肪酸含量进行测定,结果显示,种子人工老化处理过程中,各脂肪酸含量(亚油酸、亚麻酸、油酸和芥酸)变化不明显,可能是由于种子在贮藏过程中脂肪酸含量已发生改变,老化处理对其影响较小。而从不同材料来看,耐受型材料芥酸含量远远高于敏感型材料,油酸和亚油酸含量较低,亚麻酸含量与敏感型材料相差不大,表明脂肪酸含量和组分不同会影响种子活力,阻碍其正常萌发,进而导致其发芽指数有明显差异。利用液相质谱方法对老化处理后极端材料混样(R0、R15、S0和S15)进行激素含量测定,发现高温高湿处理后耐受型材料脱落酸含量升高,敏感型材料含量降低,赤霉素在两种不同类型材料中含量均升高。从总体来看,种子老化处理前后ABA和GA3的含量变化不明显,尤其是GA3含量较低,差异不大。但老化后油菜种子GA3/ABA比值均升高,表现出内源激素失衡可能也是种子老化过程中伴随的生化反应或引起油菜种子劣变的原因之一。(4)对甘蓝型油菜种子老化处理后极端材料的混样(R0、R15、S0和S15)进行转录组测序。在基因差异表达分析中,R15 Vs R0得到2843个DEGs,S15 Vs S0得到1086个DEGs,且上调基因明显多于下调基因。以甘蓝型油菜基因组为参考基因组对差异表达基因进行GO富集和KEGG通路分析,并比较R15 Vs R0和S15 Vs S0前10个显著富集的GO词条和KEGG途径,发现两组有富集到相同的GO功能注释和KEGG通路,如响应活性氧,蛋白质折叠凳,但参与其中的基因数有很大差别,表明响应程度不同。然后主要对R15 Vs R0和S15 Vs S0两组中共同差异表达上调的461个基因进行分析和整理,其中找到62个可能与种子老化相关的重要基因,分别编码一些蛋白、激酶和转录因子等。本研究将转录组分析中SNP标记附近的基因位置与之前的RIL发芽指数QTL定位相结合,寻找落在QTL区间内的差异表达基因,结果共找到25个基因,分别分布在A02、A03、A09、C02、C05和C09染色体上,其中有3个基因与蛋白泛素化有关,也有编码水解酶和热激蛋白的基因,可能与种子老化相关,值得进一步研究。
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【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S565.4

【参考文献】