论文摘要
白菜类作物(Brassica rapa)是我国重要的蔬菜和油用作物,品种类型丰富多样,营养价值高。伴随着生活水平的逐步提高,人们对白菜类作物的品质性状愈加重视。硫代葡萄糖甙(硫甙)作为白菜类作物的重要的次生代谢物质,其某些降解产物具有植物防御和抗癌作用等生物活性而备受关注。拟南芥中硫甙的相关研究已相当深入,而对白菜中硫甙的生物合成及遗传规律的了解还相当匮乏。白菜基因组测序的完成,使从分子水平上深入理解白菜中硫甙的生物合成途径、控制白菜中硫甙含量积累的QTL及候选基因成为可能。本研究对白菜类作物叶片中硫甙的结构及含量进行分析,为进行白菜中硫甙的自然变异和遗传研究提供基础信息;在白菜基因组测序基础上,利用比较基因组学鉴定了白菜中硫甙生物合成基因并初步建立起白菜中硫甙生物合成途径;选择硫甙含量存在差异的四个亲本创建了三个永久性群体,分别构建了遗传图谱,并进一步进行了控制白菜中硫甙积累的QTL定位分析;对25份重测序材料中硫甙生物合成基因的多样性进行了分析,并针对重测序材料中硫甙结构和含量的特点进一步分析了影响硫甙积累的可能基因。本研究获得如下主要结论:1.利用HPLC法在包括12个类型的215份白菜类作物中共检测到8种硫甙,其中最主要的硫甙为脂肪族硫甙中的NAP,占总硫甙的40%左右。叶用白菜类作物和芜菁的硫甙结构和含量存在明显的不同。同种脂肪族硫甙在不同季节间存在极显著正相关;脂肪族硫甙在不同材料间存在极显著差异,但在不同季节间差异不显著。小白菜和芜菁中不同材料间吲哚族硫甙在季节间存在显著差异,而大白菜中则差异不显著。2.为了阐明白菜中硫甙生物合成途径,利用比较基因组学在白菜中共鉴定了102硫甙生物合成基因,其中101个基因被精确的定位在白菜的10条染色体上。这样在白菜中初步建立起来硫甙生物合成途径。白菜中硫甙生物合成基因存在多拷贝现象,白菜与拟南芥中硫甙生物合成直系同源基因存在59 %– 91 %的一致性。并且白菜中93%的硫甙生物合成基因与拟南芥直系同源基因保持高度的共线性;白菜中硫甙生物合成基因揭示了白菜基因组的进化,同时白菜中硫甙生物合成基因能解释白菜中硫甙的特征。3.针对BILs群体,构建了一张包含10个连锁群的整合图谱,该图谱包括618个标记(SSR、DArT、SRAP和InDel),覆盖基因组长度为1034.2cM;采用InDel标记针对另外两个BC2DH群体均分别构建了遗传图谱,遗传图谱均包含10个连锁群,分别包括194个和132个标记,覆盖基因组长度分别为563.3和559.1cM。4.分别在两个不同的季节针三个永久性群体及亲本进行了硫甙的检测,发现硫甙在群体中存在变异。QTL检测结果显示,6个QTL控制脂肪族硫甙的积累,2个QTL控制总吲哚族硫甙的积累。进一步根据侧翼的Indel标记和SSR标记将以上8个QTL锚定在相应的物理图谱上。并明确了QTL位点的14个硫甙生物合成基因。并初步推断BrMAM和BrAOP可能在控制白菜硫甙的积累过程中起着关键作用。5.分析25份不同来源的白菜类作物(包含作图群体的4个亲本)重测序数据,发现白菜中硫甙生物合成基因存在丰富的多样性。平均每份材料中63.1%的硫甙基因存在SNP位点,同时26.5%的硫甙生物合成基因存在Indel,但是绝大多数都分布在内含子区,引起错义突变或移码突变的SNP和Indel所占比例极低。6.根据20份重测序样本的硫甙数据,分析了硫甙基因的变异与硫甙积累的相关性,共发现15个硫甙基因与硫甙的积累关系密切。对四个作图亲本QTL位点硫甙基因的变异分析结果认为BrMAM3剪切位点的SNP可能是高硫甙亲本与低硫甙亲本间硫甙存在差异的根本原因。