甘藍(lán)型油菜硫苷代謝網(wǎng)絡(luò)的遺傳分析.pdf

1、甘藍(lán)型油菜是我國的主要油料作物之一。油菜籽榨油后的餅粕含豐富的蛋白質(zhì)，是良好的天然動物飼料。然而餅粕中的硫苷是一種有害成分，禽畜食用過多的含硫苷的飼料，會對禽畜產(chǎn)生毒害性。另一方面，硫苷的水解產(chǎn)物在油菜營養(yǎng)體中卻可以對油菜起保護(hù)作用。因此，低硫苷油菜自身的抗蟲抗病性隨著籽粒硫苷含量的下降也顯著的降低，不利于雙低油菜的推廣和應(yīng)用。通過遺傳育種的方法，培育出高葉片硫苷但低籽粒硫苷含量的材料，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究以甘藍(lán)型油菜TNDH群體

2、（Tapidor為母本，Ningyou7為父本）為研究材料，對葉片、籽粒中各個(gè)硫苷分量和總量進(jìn)行QTL定位和整合分析，將遺傳學(xué)和基因組學(xué)的研究方法應(yīng)用于代謝組學(xué)的研究，構(gòu)建了甘藍(lán)型油菜硫苷代謝網(wǎng)絡(luò)和控制硫苷的上位性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，揭示了葉片和籽粒硫苷不同的代謝調(diào)控機(jī)制。同時(shí)選出目標(biāo)QTL位點(diǎn)，通過前景選擇及輪回親本的背景選擇，構(gòu)建了含有目標(biāo)片段的的近等基因系。主要結(jié)果如下:
　　1、甘藍(lán)型油菜TNDH群體及兩親本的葉片和籽粒硫苷含量的分

3、析。測定了四個(gè)不同環(huán)境條件下TNDH群體及兩親本的葉片和籽粒硫苷總量和分量。兩親本Tapidor和Ningyou7的葉片和籽粒平均硫苷總量均達(dá)到了顯著性差異，尤其是脂肪族硫苷，在兩親本間的差異更大。而且Tapidor和Ningyou7的籽粒硫苷總量分別是它們?nèi)~片硫苷總量的15倍和20倍。在葉片和籽粒兩器官中，Ningyou7硫苷總量分別是Tapidor硫苷總量的2.5倍和4倍。TNDH群體的葉片和籽粒中三種類型硫苷和硫苷總量呈現(xiàn)連續(xù)的偏

4、態(tài)分布，這表明該硫苷性狀受多種基因的控制。
　　2、甘藍(lán)型油菜葉片和籽粒硫苷QTL的檢測與分析。利用MetaNetwork軟件對四個(gè)不同環(huán)境下的葉片和籽粒硫苷性狀進(jìn)行了QTL定位。共檢測到324個(gè)顯著性QTL，其中277個(gè)顯著性QTL是從籽粒中檢測到，47個(gè)顯著性QTL是從葉片中檢測到的。由于這些顯著性QTL相互重疊，于是利用元分析方法將顯著性QTL進(jìn)行整合。經(jīng)過兩步整合到64個(gè)代謝物QTL(mQTL)。其中大多數(shù)的mQTL(67

5、％)只在籽粒中檢測到，表明這些QTL可能涉及到硫苷從營養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。19％的mQTL同時(shí)在葉片和籽粒中檢測到，可能涉及到硫苷在營養(yǎng)器官中的合成。還有一小部分的mQTL僅在葉片中檢測到，這些mQTL可能反映了硫苷在葉片中特異的代謝調(diào)控。
　　3、目標(biāo)QTL的確定和近等基因系的構(gòu)建。在64個(gè)mQTL中，有2個(gè)mQTL，q.mcG-A9b和q.mcG-A9c，控制著4-7個(gè)籽粒中不同硫苷分量和總量，所解釋的籽粒硫苷總量的表型方差均

6、在20％以上，而且只控制籽粒硫苷的積累而不影響葉片硫苷含量，因此這2個(gè)mQTL是本研究的目標(biāo)QTL。利用白菜A9連鎖群的BAC和Scaffold序列信息所開發(fā)出來的分子標(biāo)記加密了這2個(gè)目標(biāo)mQTL所對應(yīng)的遺傳圖譜置信區(qū)間，完成了目標(biāo)QTL所對應(yīng)的遺傳圖譜置信區(qū)間與白菜遺傳圖譜的比對，找到了q.mcG-A9b所對應(yīng)的的候選基因。以TNDH株系衍生出來的BC2群體材料為基礎(chǔ)，以Ningyou7作為回交親本進(jìn)行多次回交，到高世代BC4回交群體

7、材料。利用目標(biāo)QTL所對應(yīng)的遺傳圖譜置信區(qū)間內(nèi)的分子標(biāo)記，篩選BC4回交群體中含有目標(biāo)片段為Tapidor帶型雜合的單株。最終在BC4F3材料中篩選到6株含有不同目標(biāo)片段長度的近等基因系材料。
　　4、甘藍(lán)型油菜硫苷的代謝網(wǎng)絡(luò)和上位性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。基于QTL共定位的信息，利用MetaNetwork分析了12個(gè)不同硫苷分量之間韻遺傳偏相關(guān)性，并據(jù)此構(gòu)建了甘藍(lán)型油菜脂肪族和吲哚類硫苷的代謝網(wǎng)絡(luò)。發(fā)現(xiàn)了5個(gè)新的硫苷代謝調(diào)控相關(guān)性，它們

8、可能反映了潛在的硫苷合成代謝途徑。
　　利用QTLmapper檢測了不同硫苷分量和總量的上位性互作對，到509個(gè)達(dá)到顯著性的上位性互作對。然后將這些互作對連接到所對應(yīng)的連鎖群上，構(gòu)建了控制葉片和籽粒硫苷的上位性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。通過分析發(fā)現(xiàn)葉片和籽粒中硫苷的代謝調(diào)控機(jī)制存在巨大差異，在一定程度上反映了硫苷在不同組織中的不同代謝調(diào)控機(jī)制。
　　5、推測mQTL所對應(yīng)的基因在代謝途徑中的作用。根據(jù)不同硫苷分量之間的遺傳相關(guān)性及所構(gòu)建的硫