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甘蓝型油菜脂肪酸组分环境稳定、环境特异和新QTL定位及代谢解析

鲍丙浩  
【摘要】:油菜是世界上最重要的油料作物之一,对油菜含油量及菜籽油品质的遗传改良研究具有现实意义。农作物很多农艺性状都属数量性状(Quantiative Trait Loci,QTL),数量性状受多基因调控且易受环境的影响。数量性状位点定位(QTL Mapping)是研究数量性状的经典方法,本研究在课题组前期构建的一张以SNP为主要标记的高密度遗传连锁图的基础上,以KN DH群体(父本为低芥酸高硫苷含量的春性品种“Ken-C8”,母本为高芥酸低硫苷含量的冬性品种“N53-2”,两者含油量相差约10%)为研究对象,对多年份多地点种植的甘蓝型油菜脂肪酸组分性状进行QTL定位,获得了环境稳定、环境特异及一些新的脂肪酸组分QTL位点,为分子标记辅助育种提供了直接的帮助。通过比较基因组学分析,在所定位到的QTL置信区间中筛选和脂肪酸代谢相关的候选基因,并在整体水平上探讨了甘蓝型油菜脂肪酸的代谢过程。本研究主要工作内容如下:(1)脂肪酸组分表型测定及相关性分析。油酸(C18:1,oleic acid,OA)、亚油酸(C18:2,linoleic acid,LA)和芥酸(C22:1,erucic acid,EA)3个组分含量最丰富,平均值分别34.05%、15.53%和26.48%。C18:1、二十碳烯酸(C20:1,eicosenoic acid,EIA)和C22:1的含量在群体分布上表现出明显的双峰分布模式,棕榈酸(C16:0,palmitic acid,PA)、硬脂酸(C18:0,stearic acid,SA)、C18:2、亚麻酸(C18:3,linolenic acid,ALA)和饱和脂肪酸(FAS)4个组分在群体中表现为正态或近正态分布规律。含量相关性分析结果显示,C20:1和C22:1高度正相关,这2个组分与其他6个组分负相关,而这6个组分之间表现为正相关。(2)脂肪酸组分73个非条件性环境稳定QTLs、22个环境特异QTLs和25个新的QTLs定位。总共定位到406个非条件性identified QTLs,单个QTL能够解释的最大表型方差(Phynotypic variance,PV)为45.05%。406 identified QTLs被进一步整合为204个非条件性consensus QTLs,其中包含81个为主效QTLs,74个环境稳定表达QTLs和22个环境特异表达QTLs。这些consensus QTLs进一步被整合为127个多效的非条件性unique QTLs,单个unique QTL能够解释的最大PV为45.05%。与之前的研究相比,总共定位到了脂肪酸组分的25个新的QTLs。(3)获得69对上位性互作对、2081个条件性identified QTLs和1667个条件性consensus QTLs。总共检测到69对加性Χ加性(AdditiveΧAdditive,AΧA)型的非条件性QTL上位性互作对,其中71%位于A8和C3连锁群上。总共检测到2081个条件性identified QTLs,这些QTL解释的PV范围为1.32%-39.75%,PV平均值较非条件的17.99%降到了条件下的7.59%。2081个条件性identified QTLs被进一步整合为1667个条件性consensus QTLs。(4)7802个候选基因的筛选和富集互作分析及脂肪酸代谢途径构建。在127个非条件性unique QTLs置信区间中筛选到7802个拟南芥同源候选基因,这些候选基因对应13599个油菜基因,只和酰脂代谢相关的候选基因有278个。7802个候选基因中的7787个参与GO富集分析,1547个候选基因被富集到了16条属于KEGG的路径当中。同时对总候选基因进行了互作分析。为更加直观了解候选基因怎样参与酰脂代谢过程,构建了甘蓝型油菜脂肪酸代谢网络,该代谢网络包括了质体脂肪酸合成、脂肪酸延伸、TAG合成和降解、磷脂和硫脂合成、β氧化、脂质转运以及油体的形成等途径。综上所述,本研究对甘蓝型油菜脂肪酸组分性状进行了条件和非条件性QTL定位,得到了大量条件和非条件性QTLs,同时获得了能够在多个环境中稳定表达的QTLs、环境特异性表达的QTLs和一些新的QTLs位点。QTL的上位性分析展示了脂肪酸组分的遗传复杂性,候选基因的筛选及富集和互作分析从基因组层面进一步揭示了脂肪酸复杂代谢的过程。网络途径的构建从整体上更加清晰地展示了脂肪酸代谢的分子机制。以上研究结果为甘蓝型油菜脂肪酸组分QTL的精细定位及分子辅助育种工作提供了帮助,也为植物脂肪酸代谢研究提供了更多的理论基础。


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