甘蓝与甘蓝型油菜C亚基因组遗传关系调查及甘蓝抗菌核病QTL定位

【摘要】：狭窄的遗传基础限制了甘蓝型油菜(AACC)的遗传改良。甘蓝(CC)作为甘蓝型油菜的亲本物种,具有多种野生类型和栽培变种,遗传变异广泛,对于甘蓝型油菜的遗传改良具有重要的应用价值。本研究调查了甘蓝型油菜C亚基因组与甘蓝各变异类型的遗传关系,对芸薹属的菌核病抗性进行了鉴定,并对甘蓝抗菌核病QTL进行了定位,具体研究结果如下： 1.甘蓝型油菜C亚基因组与甘蓝各变异类型的遗传关系调查 异源多倍体物种的起源和进化一直吸引着科学家的研究兴趣。本实验提出一种简单有效的、调查异源多倍体物种起源和遗传进化的策略,即对异源多倍体和亲本物种各变异类型进行基因组水平的分子标记多态性分析,并模拟人工合成异源多倍体的分子特征,进而与自然的异源多倍体物种进行比较,推导该多倍体物种与亲本各类型的遗传关系。 本研究以甘蓝型油菜为例,利用虚拟合成异源多倍体策略研究了甘蓝型油菜C亚基因组与甘蓝各变异类型的遗传关系。通过聚类分析、血缘分析、主成分分析以及遗传距离比较,发现甘蓝型油菜与栽培甘蓝及与栽培甘蓝亲缘关系较近的野生甘蓝如B. incana, B. bourgeaui, B. montana, B. oleracea ssp. oleracea和B. cretica的遗传关系较近,推测甘蓝型油菜C亚基因组的供体来源于这部分甘蓝,而B.rupestris, B. macrocarpa, B. villosa, B. insularis和B. hilarionis与甘蓝型油菜C亚基因组较远,它们参与甘蓝型油菜起源的可能性较小,但它们对于拓宽现有甘蓝型油菜C亚基因组的变异具有很大的潜力。 2.芸薹属植物菌核病抗性鉴定 菌核病是油菜生产中的重要病害,由于现有甘蓝型油菜缺乏免疫或高抗资源,油菜抗菌核病育种及其它相关研究受到很大限制。本研究对第一部分研究所涉及的野生甘蓝和其它近缘种进行了抗性鉴定,发现了高抗菌核病的甘蓝资源,探索了菌核病离体接种的条件。本研究主要结果如下：1)芸薹属各物种对来自中国和德国的2份菌株的叶片相对感病度之间无显著差异(P=0.9161)；2)离体叶片接种和田间牙签接种的适宜统计时间分别为接种后第3天和第10天；3)芸薹属各物种叶片抗性与茎杆抗性相关性显著(r=0.652,P0.01)；4)芸薹属各物种中,甘蓝抗性最好,白菜型油菜最感病,埃芥、甘蓝型油菜、黑芥及芥菜型油菜的抗性介于甘蓝与白菜型油菜之间；5)甘蓝资源中,B. rupestris, B. incana, B. insularis及B. villosa等野生类型具有突出的菌核病抗性。 3.甘蓝抗菌核病QTL定位 基于第二部分研究结果,选择高抗菌核病的一份野生甘蓝与感病的栽培甘蓝构建了抗、感分离的F2无性系作图群体,对菌核病抗性及可能与之相关的性状(开花期和表皮毛)进行了QTL定位分析,实验结果如下： 1)F2群体的苗期叶片和成株期茎杆抗性分离均呈现连续变异,以中油821的抗性为对照,其相对感病度平均值分别为0.599和0.517,叶片抗性和茎杆抗性达到显著相关(r=0.342,P0.01)； 2)128个SSR标记和12个AFLP-RGA标记被定位到图谱上,该图谱包含9个连锁群,总长度为922 cM,单个连锁群上定位的标记数为10～27个,标记间平均距离6.59 cM； 3)采用复合区间作图(CIM),在2009和2010年共检测到12个影响菌核病抗性的QTL。两年中分别检测到3个和5个影响苗期叶片抗性的QTL,共解释的表型变异分别为19.7%和66.6%,其中2个叶片抗病QTL在2年均被检测到；2009和2010年各检测到2个影响成株期茎杆抗性的QTL,共解释的表型变异分别为22.1%和19.5%,其中1个茎杆抗病QTL在2年内均被检测到；在检测到的叶片和茎杆抗病QTL中,有一个重叠的QTL区域； 4)检测到的12个QTL的抗病等位基因均来自抗病亲本,其中有5个QTL的抗病等位基因相对于感病等位基因表现为显性； 5)开花期与苗期叶片抗性和成株期茎杆抗性均呈显著负相关(r值界于0.222～0.391之间)；CIM分析两年共检测8个开花期QTL,2009年有1个QTL与2010年的1个存在置信区间的重叠,并与1个茎杆抗病QTL发生重叠； 6)表皮毛性状与苗期叶片抗性和成株期茎杆抗性均无显著相关性；CIM分析检测到1个控制表皮毛的QTL,解释表型变异的10.5%,该QTL未与任何抗病QTL重叠。 同时,对正在开展的其它相关研究进行了简要陈述,并对抗菌核病QTL、油菜菌核病的抗病机制、以及甘蓝资源用于油菜菌核病抗性改良进行了讨论。本研究对于利用甘蓝改良甘蓝型油菜具有理论和实践意义。