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《基于QTL定位和全基因组关联分析筛选甘蓝型油菜株高和一次有效分枝高度的候选基因》

  • 来源专题：转基因生物新品种培育
  • 编译者： 王晶静
  • 发布时间：2020-12-31

  • 株高和一次有效分枝高度是与甘蓝型油菜结荚层厚度、收获指数紧密关联的重要农艺性状, 有关株高的数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)已有很多报道, 但对一次有效分枝高度的QTL和GWAS定位以及候选基因筛选的研究报道较少. 本研究利用已构建的高密度遗传连锁图对2016和2017年2个环境的186个株系组成的重组自交系群体株高和一次有效分枝高度及其最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction, BLUP)值进行QTL定位共检测到8个株高的QTL, 分别位于A03、A04和A09染色体, 单个QTL解释4.60%~13.29%的表型变异, 其中位于A04染色体上的QTL (q-2017PH-A04-2和q-BLUP-PH-A04-2)在2017年和BLUP中均被检测到; 检测到9个一次有效分枝高度QTL, 分别位于A01、A02、A05、A09、C01和C05染色体上, 单个QTL解释5.12%~19.10%的表型变异, 其中q-2017BH-A09-1、q-BLUP-BH-A09-2和q-BLUP-BH-A09-3有重叠区段. 同时, 利用课题组前期完成的588份重测序自然群体进行全基因组关联分析, 2年共检测到与株高显著关联的50个SNP位点和与一次有效分枝高度显著关联的12个SNP位点; 根据SNP的物理位置, 筛选出参与细胞增殖、细胞扩增、细胞周期和细胞壁活动的13个株高候选基因, 以及参与赤霉素、亚精胺等合成代谢途径、核糖体组成和在光合、萌发等过程中有一定作用的一次分枝高度的11个候选基因, 并利用荧光定量PCR技术验证候选基因在极端材料中的表达情况. 本研究结果将为油菜株型改良及后续基因的功能研究提供理论依据.

  • 原文来源：https://engine.scichina.com/publisher/zhongkeqikan/journal/AAS/46/2/10.3724/SP.J.1006.2020.94067?slug=fulltext
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  • 《甘蓝型油菜 polCMS育性恢复位点的全基因组关联分析》
    • 来源专题：转基因动植物新品种培育
    • 编译者：Zhao
    • 发布时间：2017-03-14
    • 尽管油菜pol CMS育性恢复主效基因已被鉴定, 但育性恢复仍存在微效多基因的影响, 因此, 本研究采用pol CMS系301A作母本, 与308份甘蓝型油菜自然群体分别进行杂交得到308份F1, 通过甘蓝型油菜自然群体（测交父本）的SNP芯片数据对308份F1的育性等级进行全基因组关联分析。通过GWAS期望寻找更多的甘蓝型油菜pol CMS育性恢复位点或基因（包括微效基因）, 并通过等位基因或单体型效应分析, 寻找与育性相关的SNP位点, 为以后的功能标记开发奠定基础, 应用于该不育系统恢复系和保持系的筛选鉴定。本研究通过全基因组关联分析快速挖掘影响pol CMS的育性恢复位点, 对加快杂种油菜的育种进程具有重要现实意义。
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  • 《华中科大揭示干旱胁迫基因参与甘蓝型油菜油脂积累的机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2019-04-29
    • 甘蓝型油菜（Brassica.napus）是最为重要的油料农艺作物之一，研究其油脂的合成和代谢对于培育高含油量的油菜品种具有重要意义。在模式植物拟南芥和甘蓝型油菜中，油脂主要是以甘油三酯（triacylglycerols，TAGs）的形式储存在种子里。目前，针对促进油脂积累研究多集中在甘油三酯合成和降解方面。干旱胁迫会对植物生长产生不利影响，但干旱胁迫响应基因在植物油脂合成和代谢方面的作用与机理则研究相对较少。 4月10日，华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授课题组在Plant Biotechnology Journal在线发表了题为Droughtresponsive genes, late embryogenesis abundant group3 (LEA3) andvicinal oxygen chelate (VOC), function in lipid accumulation inBrassica napusand Arabidopsismainly via enhancing photosynthesis efficiency and reducingROS的研究论文。本文揭示了干旱胁迫基因LEA与VOC可通过提高光合效率，降低活性氧对植物细胞的伤害，从而保证了干旱情况下甘蓝型油菜与拟南芥中含油量的稳定，以及提高了正常环境下种子中油脂的积累。 LEA作为一个小分子蛋白，在非生物胁迫中可起到稳定细胞膜结构和中和因胁迫脱水而增加的离子的作用，从而使得细胞内的胞内渗透压环境保持稳定。甲基乙二醛（methylglyoxal，MG）是碳水化合物和油脂新陈代谢过程中产生的有害副产物，VOC基因主要编码蛋白为甲基乙二醛酶I（GlyoxalaseI，GLYI），其可在谷胱甘肽的作用下可以对MG起到降解和转化，从而帮助植物应对非生物胁迫。在这项最新的研究中，栗茂腾教授研究团队首先从甘蓝型油菜（AACC，2n=38）克隆了干旱胁迫相关基因BnLEA和BnVOC各4个拷贝，以及拟南芥同源的AtLEA与AtVOC基因，并分别构建了种子特异表达启动子和CaMV35S启动子的超表达载体；结果显示在拟南芥中超表达LEA和VOC基因的转基因后代不仅抗旱性增强，而且种子含油量也有了显著提高。同时，种子千粒重也有所提高；而拟南芥atlea3突变体和AtVOC基因的RNA干扰后代在干旱胁迫下的抗旱性和含油量则均明显下降，突变体遗传回补则可明显使抗旱性和含油量表型回补。热成像与显微切片结果显示，atlea3与AtVOC-RNA干扰后代的种子发育和叶表形态温度等均会受到干旱影响。同时，在甘蓝型油菜中也进行了多个拷贝的BnLEA与BnVOC的超表达载体、BnLEA与BnVOC的RNA干扰载体进行了遗传转化，在转基因后代出现了相应的抗旱性与含油量的表型。并且，相比于正常生长栽培环境，在干旱胁迫的情况下，LEA与VOC基因的对含油量对作用效果更为显著。为进一步验证LEA与VOC基因的功能，对单基因的拟南芥和甘蓝型油菜转基因后代均进行了杂交，包括正向调控株系和反向调控株系。相比于单基因的转基因后代，杂交后代的含油量表型变化更为显著。这说明作用机制不同的干旱胁迫响应基因均可对植物油脂的积累产生影响。 为揭示干旱胁迫基因在油脂积累中的作用机理，本文选取超表达BnLEA，BnVOC，AtLEA，AtVOC以及atlea3突变体和AtVOC-RNAi植株的种子和叶片，进行了长期和短期干旱胁迫下多个组合的转录组测序分析。结果表明，LEA基因可使光合作用相关路径、油脂合成网络路径上的基因表达上调；而VOC基因则可在油脂降解、乙醛酸代谢以及含氧化合物代谢网络上起到作用。针对转录组测序获得的差异表达结果，通过进一步的光合效率测定以及活性氧代谢系统中相关酶学和代谢物实验验证，证实了LEA基因可以在干旱胁迫的情况下，通过稳定细胞膜结构，使得胁迫环境下油脂合成可以正常进行，并有效提高光合效率，产生更多的有机物供给，实现植物油脂合成的增加。VOC基因可以降低甲基乙二醛和活性氧的含量，并使下游的油脂降解降低，从而促进了植物种子中油脂的积累。本研究结果为油料作物的含油量的改良育种提供了新的思路和依据。 本论文的通讯作者为华中科技大学栗茂腾教授，第一作者为梁语博士，来自华中科技大学的大学生创新创业训练计划项目小组成员，山东师范大学，湖北工程学院，黄冈师范学院的研究者也参加了相关研究工作。本研究得到国家973项目、国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。
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