【摘 要】
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硫代葡萄糖苷(简称硫苷)是主要分布在十字花科植物中的一类次级代谢产物,在植物的防御体系中发挥着重要的作用。甘蓝型油菜是十字花科芸薹属中最重要的油料作物,其种子和饼粕的品质与硫苷紧密相关。在生产中,降低对人体和牲畜有害的硫苷成分可能是未来油菜品质改良的重要方向,而增加有益硫苷成分将为油菜品质改良提供新的视角。本课题组曾通过埃塞俄比亚芥和白菜型油菜的大规模种间杂交培育了具有丰富的外源基因组导入成分的新
【基金项目】
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中德合作研究项目(Sino-German Research Project,GZ1362); 国家自然科学基金青年项目(32000397);
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硫代葡萄糖苷(简称硫苷)是主要分布在十字花科植物中的一类次级代谢产物,在植物的防御体系中发挥着重要的作用。甘蓝型油菜是十字花科芸薹属中最重要的油料作物,其种子和饼粕的品质与硫苷紧密相关。在生产中,降低对人体和牲畜有害的硫苷成分可能是未来油菜品质改良的重要方向,而增加有益硫苷成分将为油菜品质改良提供新的视角。本课题组曾通过埃塞俄比亚芥和白菜型油菜的大规模种间杂交培育了具有丰富的外源基因组导入成分的新型甘蓝型油菜种质资源库。本研究首先对新型甘蓝型油菜轮回选择群体早期世代的240个株系的叶片和种子硫苷进行了高效液相色谱测定,对叶片和种子的硫苷分布进行了探究,对外源有益硫苷成分的导入进行分析。在此基础上,对由209份高世代自交系与DH系材料组成的新型甘蓝型油菜关联分析群体进行全基因组重测序和种子硫苷含量的近红外光谱测定,分析种子硫苷含量的分布特征,并用全基因组关联分析(GWAS)方法对该性状开展遗传分析。主要结果如下:1)在新型甘蓝型油菜轮回选择群体材料中共检测到10种硫苷。在叶片中检测到8种硫苷,2-羟基-3-丁烯基硫苷、3-丁烯基硫苷、4-戊烯基硫苷和2-苯乙基硫苷是主要的硫苷成分;在种子中检测到10种硫苷,2-羟基-3-丁烯基硫苷和3-丁烯基硫苷是主要的硫苷成分,4-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷和1-甲氧基-3-吲哚甲基硫苷在叶片中没有被检测到。我们还检测到了外源导入的有人体有益的2-丙烯基硫苷,其含量显著高于常规甘蓝型油菜。2)对新型甘蓝型油菜轮回选择群体材料同一器官中硫苷的相关性分析发现,除2-苯乙基硫苷外,叶片和种子中的主要硫苷分量与器官总硫苷都表现出较强的正相关关系,主要硫苷分量之间复杂的正相关关系呈现出器官特异性分布。跨器官的相关性分析显示,2-羟基-3-丁烯基硫苷、4-戊烯基硫苷、2-羟基-4-戊烯基硫苷与3-吲哚甲基硫苷4种硫苷表现出了叶片-种子器官间的显著相关性,叶片与种子总硫苷之间没有表现出显著相关性。3)新型甘蓝型油菜关联分析群体的种子硫苷含量测定结果表明,群体的种子硫苷含量均值处于较低水平,2年武汉环境的种子硫苷含量分布存在显著差异。显著性检验结果表明,基因型是影响种子硫苷性状的主要因素,环境因素也会对种子硫苷性状特别是高硫苷材料的种子硫苷性状产生显著影响。4)对新型甘蓝型油菜关联分析群体的种子硫苷性状开展GWAS。基于全基因组重测序数据和2个环境及最佳线性无偏估计表型值的GWAS,在8条染色体上共检测到14个可靠的显著区间。在其中9个显著区间附近共找到14个与种子硫苷性状相关的候选基因,其中9个基因编码硫苷生物合成中的转录因子,3个基因编码硫苷生物合成中的酶,2个基因编码与硫苷生物合成通路有交叉的亚麻荠素生物合成中的酶。对5个未发现候选基因的显著区间开展连锁不平衡分析和单倍型分析,最终确定了区间变化范围为3.21kb-198.80kb的5个候选区间。本研究使我们对新型甘蓝型油菜的硫苷分布和多样性有了一定的认识,而外源导入的有益硫苷成分可能会使新型甘蓝型油菜具有医疗保健方面的开发应用潜力。进一步的遗传分析为我们展示了新型甘蓝型油菜种子硫苷性状的遗传结构及其常规甘蓝型油菜的异同,挖掘出了种子硫苷关联的特异性位点,这将为我们利用外源种基因组成分的导入对油菜硫苷成分进行改造提供理论指导,为油菜硫苷遗传基础的解析提供新的遗传信息。
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