白菜类作物抽薹开花的分子遗传分析

论文摘要

白菜类蔬菜（Brassica rapa）是我国重要的蔬菜作物,抽薹开花是白菜类蔬菜生产中重要的农艺性状。“先期抽薹”降低产品的产量和品质,是春季蔬菜生产的主要问题。培育晚抽薹品种是解决这一问题的根本途径。在拟南芥的研究中,基本明确了控制开花的主要基因及其互作关系,其中开花抑制子基因FLC是开花时间调控的开关基因,对拟南芥开花控制有决定性的作用。该基因在白菜类作物中有4个同源基因,但这些同源基因如何调控抽薹,以及它们与其它主要的抽薹开花相关基因的相互关系尚不明确。为了更好的利用这些基因,对白菜抽薹开花进行调控,本项目研究了白菜类作物BrFLCs基因的序列变异及其与抽薹的关系;利用这些变异开发了与抽薹相关的分子标记;定位了一批重要抽薹开花相关的基因,分析了这些基因与抽薹开花QTL相互关系。得到的主要结论如下:1.发现BrFLC1基因与抽薹性相关的序列变异。在外显子4至外显子7区域内,4个BrFLC基因在30份材料中的碱基序列变异与抽薹时间的相关分析表明,BrFLC1基因的两个变异位点（Pi5+104和Pi6+1）均与抽薹时间极显著相关,其它3个基因（BrFLC2,BrFLC3和BrFLC5）的主要变异位点与材料的抽薹时间在扩增的区域内无显著的相关关系。2.BrFLC1基因的剪接位点G-A突变改变了剪接方式。对包含BrFLC1基因的剪接位点（Pi6+1）的区域进行RT-PCR发现,该位点的G-A突变使BrFLC1基因转录本发生改变,产生了不正常的转录本。进一步的序列分析发现,由于不正常的转录导致终止密码子提前出现或缺失一个外显子,从而观察到4种选择性剪接方式（包括3种内含子保留型和1种外显子跳过型）,并发现在突变为A的材料中同时存在两种类型的剪接方式。由此推测G-A突变后基因失去了正常的延迟开花的功能。该发现将促进对抽薹开花分子机制的理解。3.BrFLC1基因剪接位点的G-A突变与抽薹性显著相关。研究开发了检测剪接位点突变的CAPS标记FLC1-Mva I,并对该位点与抽薹的相关性在自然群体和DH群体中进行了分析。标记检测与抽薹表型的关联分析发现:BrFLC1剪接变异与抽薹时间显著相关,绝大多数晚抽薹材料对应于剪接位点为G的基因型,而绝大多数早抽薹材料对应于突变为A的基因型。4.利用大白菜分子遗传图谱定位了6个开花相关基因位点。利用大白菜DH分离群体（Y177-12和Y195-93）构建遗传图谱。采用SSR、CAPS、ESTP等多种分子标记构建了包含452个标记,总长度1272 cM的分子遗传图谱。并确定了各连锁群与A1-A10染色体的对应关系。在此基础上定位了6个重要的开花时间相关基因,包括3个BrFLCs、2个MAF和1个FT,这些基因分布在A2、A3、A5、A7和A10这五个不同的连锁群上,其中3个BrFLCs基因位点中BrFLC1、BrFLC2和BrFLC3分别定位于A10（Chr10）、A2（Chr6）和A3（Chr2）上;2个MAF位点分别定位于A2（Chr6）和A5（Chr5）上;1个FT位点定位于A07（Chr7）上。5.检测到抽薹时间和开花时间及其共同的QTL并分析了与开花相关基因的关系。利用大白菜分子遗传图谱,对抽薹时间和开花时间2个性状在3种不同的生长环境中分别进行了QTL定位与分析,共得到控制抽薹时间的QTL 13个,控制开花时间的QTL 11个。这些QTL分布在9个连锁群上的18个可能的基因组区域。其中,位于A02上的1个抽薹和开花共同QTL（bt1和ft1）,解释的表型变异率最高,在9.3～28.3%之间,该QTL在3种环境中均检测到;另一个位于A10上的QTL仅在不完全春化条件下检测到,与之共分离的基因为受春化影响的基因BrFLC1。此外,在FT基因和BrFLC3基因位点附近也检测到了QTL。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 开花转换调控研究进展
• 1.1.1 拟南芥控制开花转换的遗传途径
• 1.1.2 春化作用的分子机理
• 1.1.3 开花时间基因
• 1.2 FLC基因研究进展
• 1.2.1 FLC基因的分离、结构及其功能
• 1.2.2 芸薹属FLC基因研究进展
• 1.3 白菜类作物分子标记研究进展
• 1.3.1 白菜类作物遗传图谱研究
• 1.3.2 白菜类作物基因定位研究进展
• 1.4 本研究的目的与意义
• 第二章 白菜类作物抽薹时间的自然变异分析
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 白菜类作物抽薹时间的分布
• 2.2.2 不同栽培种群抽薹时间的分布及变异
• 2.2.3 不同生长条件下的大、小白菜的抽薹时间的相关分析
• 2.2.4 30份有代表性的白菜类作物材料的抽薹时间变异
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 白菜类作物中BrFLCs序列变异与抽薹的关联分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 BrFLC1的PCR扩增及序列分析
• 3.2.2 BrFLC2的PCR扩增及序列分析
• 3.2.3 BrFLC3的PCR扩增及序列分析
• 3.2.4 BrFLC5的PCR扩增及序列分析
• 3.2.5 四个BrFLCs的主要序列变异与抽薹的关联分析
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 BrFLC1基因的剪接位点突变与抽薹时间的相关分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 剪接位点G-A突变后抽薹时间提早
• 4.2.2 BrFLC1基因存在不同的转录本
• 4.2.3 不同转录本的cDNA序列比较
• 4.2.4 FLC蛋白异形体序列的推导
• 4.2.5 BrFLC1基因存在五种不同的剪接方式
• 4.2.6 检测剪接位点突变的CAPS标记
• 4.2.7 剪接位点突变与抽薹性显著相关
• 4.2.8 BrFLC1的剪接变异对抽薹的效应受春化程度影响
• 4.3 讨论
• 4.3.1 选择性剪接的研究概况
• 4.3.2 BrFLC1基因至少存在五种不同的剪接方式
• 4.3.3 不同的剪接方式共存
• 4.3.4 选择性剪接的生物学意义
• 4.3.5 CAPS标记的应用
• 4.3.6 BrFLC1参与了抽薹时间的调控
• 4.3.7 BrFLC1对抽薹时间的效应与春化程度有关
• 4.4 小结
• 第五章 大白菜开花时间相关基因的定位
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 标记方法
• 5.1.3 数据整理与连锁分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 分子标记多态性
• 5.2.2 利用多种分子标记构建遗传图谱
• 5.2.3 偏分离分析
• 5.2.4 利用SSR等锚定标记进行连锁群确定
• 5.2.5 开花时间相关基因的定位
• 5.3 讨论
• 5.3.1 分子标记作图效率
• 5.3.2 连锁群的命名
• 5.3.3 连锁图与染色体的关联分析
• 5.3.4 SSR标记的共线性分析
• 5.3.5 标记的偏分离分析
• 5.3.6 遗传图谱的主要特征比较
• 5.3.7 多种遗传标记提高了图谱的覆盖度和饱和度
• 5.3.8 FLC、MAF和FT基因在拟南芥与白菜中的比较作图
• 5.4 小结
• 第六章 大白菜抽薹开花时间的QTL定位与分析
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 抽薹开花时间的次数分布及其变异
• 6.2.2 不同年份的抽薹时间和开花时间的相关分析
• 6.2.3 抽薹时间的QTL定位与分析
• 6.2.4 开花时间的QTL定位与分析
• 6.2.5 抽薹时间与开花时间共同的QTL
• 6.2.6 QTLs与开花时间相关基因的比较
• 6.3 讨论
• 6.3.1 多年多点进行QTL分析的可靠性
• 6.3.2 抽薹时间与开花时间相关的QTL
• 6.3.3 BrFLC同源基因在抽薹和开花中的作用
• 6.3.4 其他开花时间相关基因的作用
• 6.3.5 超亲现象
• 6.4 小结
• 第七章 全文结论
• 7.1 BrFLC1基因的序列变异与抽薹时间显著相关
• 7.2 BrFLC1基因的剪接位点突变导致抽薹时间发生改变
• 7.3 BrFLC1基因存在至少5种不同的剪接方式
• 7.4 BrFLC1基因的剪接位点突变与抽薹早晚显著相关
• 7.5 开花时间相关基因分布在不同的连锁群
• 7.6 抽薹时间和开花时间存在共同的QTL
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历