芥菜型油菜（Brassica juncea）遗传多样性及其黄籽与芥酸性状的分子标记

论文摘要

油菜作为世界四大油料作物之一,是主要的食用植物油来源。芥菜型油菜原产我国,遗传资源丰富,具有许多优良特性,如抗旱、耐高温、黄籽、耐饥薄、抗裂荚、早熟、耐迟播、抗病虫以及耐重金属等,它不但在干旱地区具有种植优势,又是进行甘蓝型油菜遗传改良的宝贵资源。芥菜型油菜中的陕北黄芥,分布于陕北黄土高原及其邻近一带,是我国西部地区芥菜型油菜中的一个独特的生态类群,其黄籽、特殊的脂肪酸组成均是油菜育种的重要目标性状,对其进行系统深入地研究,在油菜抗逆育种和品质改良方面具有重要的价值。本研究以西部地区芥菜型油菜为研究对象,采用经典遗传和分子生物学方法,对我国西部地区芥菜型油菜的遗传多样性、陕北黄芥的黄籽性状以及脂肪酸组成等方面进行了分析与研究,获得如下结果。1.我国西部地区芥菜型油菜遗传多样性以101份我国西部不同生态区的芥菜型油菜品种资源和7份参照品种（2份外国芥菜型油菜,4份白菜及白菜型油菜,1份芸芥）为研究对象,采用SRAP、AFLP和SSR标记技术研究其遗传多样性,结果如下:1.1 101份我国芥菜型油菜和2份澳大利亚芥菜型油菜分为五个类群:云贵和陕南类群（A）,关中类群（B）,新疆Ⅰ类群（C）,新疆Ⅱ类群（D）和西部春播类群（E）,其中A、B基本为冬播品种,C、D、E均为春播品种。地理和生态条件是影响芥菜型油菜类群的主要因素。1.2 A类群品种间遗传差异最大,其次是B类群。陕西和新疆的品种分别被聚到三个类群,表现出更广泛的遗传多样性。我国冬播品种间的遗传多样性高于春播品种。1.3 E类群包括多数春播类型,可分为三个亚类,其中陕北及其邻近一带春播黄芥为第Ⅰ类,形成一个独立的遗传群体,群内遗传多样性较高;西藏的10个品种为第Ⅱ类,相似系数达0.83以上,表现出西藏品种遗传系统的独立和遗传基础的单一;澳大利亚2个品种为第Ⅲ类,表现与我国的春播品种关系较近。2.陕北黄芥黄籽性状的遗传及分子标记用武功芥菜和长安芥菜（褐籽）分别与陕北吴旗黄芥（黄籽）杂交,采用经典遗传学分析方法研究黄芥黄籽性状的遗传机制,以吴旗黄芥×武功芥菜构成的F2群体为研究对象,采用AFLP标记技术结合BSA法,寻找与陕北黄芥黄籽性状连锁的分子标记,并对这些标记进行遗传连锁分析,结果如下:2.1两个褐、黄籽杂交组合的正反交当代（F0）、F1代的粒色分析表明,陕北黄芥的粒色受母本基因型控制,褐籽对黄籽为显性;F2、BC1（黄籽做回交父本）、BC2（褐籽做回交父本）等世代粒色的表现:褐籽与黄籽分别符合3:1、1:1和1:0（全褐籽,无分离）的分离比例,证明陕北黄芥的粒色受一对主效基因控制。2.2黄籽和褐籽杂交F2代粒色与几个品质性状的相关分析,证明含油量与粒色密切相关,硫苷含量、脂肪酸组分的平均值与粒色没有明显的相关性。2.3 512对AFLP引物组合（256对P0+3/MC+2组合,256对P0+3/MG+2组合）在双亲和两个基因池间进行扫描筛选,进一步在构成基因池的群体单株中进行验证,获得了16个与粒色性状连锁的AFLP标记。2.4 16个AFLP标记在346个F2代群体单株中分析,除标记P13MG04不能正常显带外,其余15个标记经遗传连锁分析表明,全部位于同一连锁群上,并且分布在粒色基因的两侧,连锁图覆盖基因组38.9cM,标记间的平均距离为2.59cM。其中标记P11MG15与粒色基因共分离,标记P03MC08,P16MC02和标记P11MG01分别是距离粒色基因两侧最近的标记,遗传图距分别为0.3cM,0.3cM和0.7 cM。2.5 16个AFLP标记的SCAR转化表明, 4个AFLP标记（P11MG01;P15MG15;P09MC12和P16MC02）被转化为6个SCAR标记（SG6-4F/4R;SG2-1F/1R、SG2-2F/2R;SC11-1F/1R、SC11-2F/ 2R和SC8-2F/2R）。用这6个SCAR标记分析F2群体,其结果与对应的AFLP标记相一致,SG6-4F/4R和SC8-2F/2R是距离粒色基因两侧最近的标记,遗传图距分别为0.7cM和0.3cM,SG2-1F/1R、SG2-2F/2R和SC11-1F/1R、SC11-2F/ 2R距离粒色基因较远,遗传图距分别为20.9cM和28.3cM。3.陕北黄芥芥酸遗传及FAE1基因的克隆和序列比对选用高芥酸长安芥菜（45.4%）和低芥酸4923（0.86%）分别与中芥酸陕北吴旗黄芥（25.6%）杂交,采用经典遗传学方法研究陕北黄芥芥酸含量遗传机制;为了明确陕北黄芥及其低芥酸突变株（1278-3）的FAE1基因的结构特征,探讨与芥酸含量相关的FAE1基因的SNPs。采用同源序列克隆方法对不同的芥菜型油菜和芸苔属近缘种的FAE1基因进行分离,测序和比较,结果如下:3.1陕北黄芥的芥酸含量受两对加性胚基因控制,其中一对基因显性纯合（E1E1或E2E2）,控制约24%的芥酸含量,另一对基因隐性纯合（e2e2或e1e1）,控制4%以下的芥酸含量。高芥酸（E1、E2）对低芥酸（e1、e2）有部分显性效应。3.2克隆出的FAE1基因片段长度为1353bp,位于FAE1基因的第110个核苷酸到第1463个核苷酸之间。ORF分析表明,FAE1基因为一个不含内含子的开放阅读框。序列同源性比较表明, FAE1基因片段和拟南芥的FAE1基因序列（U29142）在比较区内的同源性为88.4%以上,与芸苔属各个种的FAE1基因序列的同源性均在95%以上,与Gupat等（2004）公布的芥菜型油菜AF558197（FAE1.1）和AF558198（FAE1.2）同源性最高（>99%）。3.3芥菜型油菜的FAE1基因序列可分为BjFAE1.1和BjFAE1.2两种类型,BjFAE1.1和BjFAE1.2共存在62处碱基差异,其中11处表现错义突变,其余为同义突变;BjFAE1.1基因HindⅢ酶切位点在第1415处,BjFAE1.2的HindⅢ酶切位点在第1144处。BjFAE1.1基因第591位和1265位的碱基差异、BjFAE1.2基因第237位的碱基差异与a、b基因组相关。白菜型油菜、黑芥以及芥菜型油菜的两个FAE1基因序列同源性高,甘蓝型油菜和甘蓝的两个FAE1基因序列同源性也高,但两组之间对应的两个FAE1基因序列同源性略低。3.4芥菜型油菜的BjFAE1.1基因在第968位碱基的变化（C→T）与芥酸含量相关,高芥酸品种该位点碱基为C,而低芥酸品种为T。该位点碱基的变化导致BjFAE1.1基因在编码蛋白质时,第323位的氨基酸由苏氨酸（Thr）转变为异亮氨酸（Ile）,可能是导致E1→e1的主要原因。本研究没有发现导致E2→e2的BjFAE1.2基因的SNP位点。3.5序列分析表明:陕北黄芥的中芥酸基因型为e1e1E2E2,即陕北黄芥的中芥酸含量是由于E1位点的突变引起;低芥酸突变株（1278-3）的FAE1基因序列与国外的低芥酸品种（4923）仅在1265位存在一个单核苷酸差异,前者BjFAE1.1基因在该位点核苷酸碱基为C,后者在该位点有T和C两种类型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 油菜的分类与起源和进化
• 1.1.1 油菜的分类
• 1.1.2 油菜的起源和进化
• 1.2 我国油菜品种资源及其利用
• 1.2.1 我国油菜品种资源的类型分布及利用
• 1.2.2 我国油菜品种资源的品质特性
• 1.2.3 我国油菜品种资源的抗病、虫性
• 1.2.4 我国油菜品种资源的抗逆性
• 1.3 油菜的遗传多样性
• 1.3.1 遗传多样性的意义
• 1.3.2 油菜遗传多样性的研究进展
• 1.3.3 油菜核心种质的构建
• 1.4 油菜黄籽性状的研究
• 1.4.1 黄籽油菜的发现和分布
• 1.4.2 黄籽油菜的性状表现
• 1.4.3 黄籽形成机理研究进展
• 1.4.4 油菜黄籽性状的遗传
• 1.4.5 油菜黄籽性状的分子标记及基因定位
• 1.5 油菜脂肪酸的研究
• 1.5.1 油菜脂肪酸的组成与代谢调控
• 1.5.2 油菜脂肪酸的遗传
• 1.5.3 油菜脂肪酸分子标记和基因定位
• 1.5.4 油菜脂肪酸基因的克隆和序列分析
• 1.5.5 油菜脂肪酸改良的研究进展
• 1.6 分子标记技术及在油菜遗传育种中的应用
• 1.6.1 分子标记技术
• 1.6.2 分子标记技术在油菜遗传育种中的应用
• 1.7 本研究的目的与意义
• 1.7.1 本研究的意义
• 1.7.2 本研究的目的
• 第二章 中国西部芥菜型油菜遗传多样性研究
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 引物的筛选
• 2.2.2 分子标记的多态性
• 2.2.3 聚类分析
• 2.3 讨论
• 2.3.1 我国西部地区芥菜型油菜的遗传多样性
• 2.3.2 SRAP，AFLP 和SSR 分子标记在芥菜型油菜中的多态性
• 2.3.3 SRAP，AFLP 和SSR 分子标记对芥菜型油菜的聚类分析
• 第三章 陕北黄芥黄籽性状的遗传研究
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 方法
• 3.2 结果和分析
• 3.2.1 黄芥自交粒色的遗传表现
• 3.2.2 黄芥与褐芥杂交F1代的粒色
• 3.2.3 黄芥与褐芥杂交分离世代的粒色
• 3.2.4 黄籽和褐籽杂交F2代粒色与几个品质性状的关系
• 3.3 讨论
• 第四章 陕北黄芥黄籽性状分子标记及遗传连锁分析
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 DNA 提取及样本池的构建
• 4.1.3 AFLP 分析
• 4.1.4 标记的筛选和群体分析
• 4.1.5 连锁遗传分析
• 4.1.6 AFLP 标记的克隆和测序
• 4.1.7 SCAR 标记的转化
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 与粒色连锁的AFLP 标记及标记连锁分析
• 4.2.2 与粒色连锁的SCAR 标记的转化
• 4.3 讨论
• 4.3.1 AFLP 标记分析
• 4.3.2 AFLP 标记连锁图构建
• 4.3.3 SCAR 标记的转化
• 4.3.4 分子标记连锁分析对经典遗传学分析结果的验证
• 第五章 陕北黄芥脂肪酸的遗传分析
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 方法
• 5.2 结果和分析
• 5.2.1 不同生态条件下芥酸含量变化
• 5.2.2 芥酸含量的遗传
• 5.2.3 其它脂肪酸的遗传
• 5.3 讨论
• 第六章 芥菜型油菜FAE1 基因的克隆及序列分析
• 6.1 材料和方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 方法
• 6.2 结果和分析
• 6.2.1 FAE1 基因PCR 扩增
• 6.2.2 FAE1 基因PCR 扩增产物的鉴定
• 6.2.3 FAE1 基因PCR 产物克隆
• 6.2.4 FAE1 基因片段的序列测定与分析
• 6.3 讨论
• 6.3.1 FAE1.1 和FAE1.2 基因存在于芸苔属各个种
• 6.3.2 与芥酸含量相关的FAE1 基因的SNPs
• 6.3.3 FAE1 基因序列的基因组特异性
• 6.3.4 FAE1.1 和FAE1.2 序列片段碱基转换现象
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读学位期间已发表和拟发表学术论文