甘藍型油菜種子老化處理后發(fā)芽指數(shù)QTL定位及生理分析.pdf

1、油菜是我國最為重要的油料作物和優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料作物，其種植面積和產(chǎn)量均占世界的三分之一。如何提高產(chǎn)量、選育優(yōu)良品種是當(dāng)前擺在油菜育種科學(xué)家面前的重大課題。種子作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)資料，其品質(zhì)好壞直接決定出苗率及幼苗的生長情況。但在實際生產(chǎn)中，因貯藏方式不當(dāng)，保存困難，時常發(fā)生種子老化、劣變和退化的問題，造成生產(chǎn)浪費和種質(zhì)資源遺失。因而開展油菜老化機理的研究，選育耐貯藏、抗老化品種對我國油菜生產(chǎn)具有十分重要的意義。本研究以甘藍型油菜G

2、H06（母本）和P174（父本）為親本構(gòu)建的重組自交系群體為試驗材料，利用高密度SNP遺傳連鎖圖譜，對人工老化后種子發(fā)芽指數(shù)QTL定位，并從中篩選極端材料測定其各項生理指標(biāo)，包括脂肪酸及激素含量等，再結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序分析尋找相關(guān)候選基因，為解釋種子老化機理，選育甘藍型油菜優(yōu)良種質(zhì)奠定基礎(chǔ)。主要研究成果如下：
　?。?）將2015、2016年RIL群體種子老化處理（40℃，90％）15d后，統(tǒng)計發(fā)芽情況，計算發(fā)芽指數(shù)，結(jié)果顯示，201

3、5年老化后種子的發(fā)芽指數(shù)范圍為1.46-47.58，均值為23.92，變異系數(shù)為35.74%；2016年老化處理后種子發(fā)芽指數(shù)范圍為3.24-98，均值為57.31，大致是2015年的兩倍，表明種子在貯藏過程中活力下降較快，導(dǎo)致兩年種子品質(zhì)相差較大。從總體分布來看，2015年種子發(fā)芽指數(shù)呈明顯的正態(tài)分布，2016年種子發(fā)芽指數(shù)呈偏態(tài)分布，表明是由多基因控制的數(shù)量性狀，適合QTL分析。結(jié)合已構(gòu)建好的RIL群體SNP遺傳連鎖圖譜對2015、

4、2016年老化后種子發(fā)芽指數(shù)進行QTL檢測，共檢測到13個QTL，其中2015年檢測到6個QTL，分別分布在A02、A03、C02、C05和C08染色體上，2016年檢測到7個QTL，分別分布在染色體A03、A06、A09和C08上。在C08染色體上檢測到的QTL位點q2016AGI-C08-2和q2015AGI-C08重合，置信區(qū)間為36.8-38.4cM，目前沒有發(fā)現(xiàn)其他兩年重復(fù)檢測到的QTL。
　?。?）根據(jù)2015年RIL

5、群體人工老化后種子發(fā)芽情況篩選出極端表型材料，并對其高溫高濕處理后統(tǒng)計發(fā)芽指數(shù)，三次重復(fù)，結(jié)果表明油菜種子經(jīng)老化后發(fā)芽指數(shù)降低，但兩種材料相比，無論處理前后敏感型材料發(fā)芽指數(shù)都偏低，且人工處理后差別更明顯，表明人工老化使種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)物質(zhì)已發(fā)生改變，影響正常發(fā)芽。對人工老化處理前后極端表型材料的生理指標(biāo)測定結(jié)果顯示，隨著老化加深，種子相對電導(dǎo)率和丙二醛含量逐漸升高，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酶活性逐漸下

6、降，SOD活性呈先升高后降低的趨勢。其中變化較明顯的是相對電導(dǎo)率、脯氨酸和CAT含量，其余生理指標(biāo)變化幅度較小。而從兩種不同材料來看，相對電導(dǎo)率老化處理前耐受型材料低于敏感型材料，處理后則相反；脯氨酸含量處理前后在敏感型材料中都較高；而CAT活性無論老化前后在耐受型材料中都較高。之后對種子老化發(fā)芽指數(shù)和各項生理指標(biāo)進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，種子發(fā)芽指數(shù)與相對電導(dǎo)率、丙二醛和脯氨酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.666、-0.636和

7、-0.822，與其他指標(biāo)（可溶性糖、可溶性蛋白、CAT、POD和SOD）均呈正相關(guān)，其中與CAT呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.736。
　　（3）對油菜種子極端材料老化處理后脂肪酸含量進行測定，結(jié)果顯示，種子人工老化處理過程中，各脂肪酸含量（亞油酸、亞麻酸、油酸和芥酸）變化不明顯，可能是由于種子在貯藏過程中脂肪酸含量已發(fā)生改變，老化處理對其影響較小。而從不同材料來看，耐受型材料芥酸含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于敏感型材料，油酸和亞油酸含量較低，亞麻酸

8、含量與敏感型材料相差不大，表明脂肪酸含量和組分不同會影響種子活力，阻礙其正常萌發(fā)，進而導(dǎo)致其發(fā)芽指數(shù)有明顯差異。利用液相質(zhì)譜方法對老化處理后極端材料混樣（R0、R15、S0和S15）進行激素含量測定，發(fā)現(xiàn)高溫高濕處理后耐受型材料脫落酸含量升高，敏感型材料含量降低，赤霉素在兩種不同類型材料中含量均升高。從總體來看，種子老化處理前后ABA和GA3的含量變化不明顯，尤其是GA3含量較低，差異不大。但老化后油菜種子GA3/ABA比值均升高，表現(xiàn)

9、出內(nèi)源激素失衡可能也是種子老化過程中伴隨的生化反應(yīng)或引起油菜種子劣變的原因之一。
　?。?）對甘藍型油菜種子老化處理后極端材料的混樣（R0、R15、S0和S15）進行轉(zhuǎn)錄組測序。在基因差異表達分析中，R15 Vs R0得到2843個DEGs，S15 Vs S0得到1086個DEGs，且上調(diào)基因明顯多于下調(diào)基因。以甘藍型油菜基因組為參考基因組對差異表達基因進行GO富集和KEGG通路分析，并比較R15 Vs R0和S15 Vs S0前

10、10個顯著富集的GO詞條和KEGG途徑，發(fā)現(xiàn)兩組有富集到相同的GO功能注釋和KEGG通路，如響應(yīng)活性氧，蛋白質(zhì)折疊凳，但參與其中的基因數(shù)有很大差別，表明響應(yīng)程度不同。然后主要對R15 Vs R0和S15 Vs S0兩組中共同差異表達上調(diào)的461個基因進行分析和整理，其中找到62個可能與種子老化相關(guān)的重要基因，分別編碼一些蛋白、激酶和轉(zhuǎn)錄因子等。本研究將轉(zhuǎn)錄組分析中SNP標(biāo)記附近的基因位置與之前的RIL發(fā)芽指數(shù)QTL定位相結(jié)合，尋找落在Q