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油菜ddRAD遗传图定位籽粒芥子油苷含量QTL

发布日期:2019-12-24 浏览次数:663

油菜ddRAD遗传图定位籽粒芥子油苷含量QTL


摘要

种子低芥子油苷含量一直是油菜改良的重要育种目标。异源四倍体油菜的种子芥子油苷含量变化的分子机制目前尚不清楚。本文利用两种相对含量较低的品种构建DH群体进行种子芥子油苷含量QTL定位,五种环境条件下在C02上鉴定到一个能够解释30.88-72.87%表型变异的主效QTL,qGSL-C2。利用近等基因系,将qGSL-C2锁定到芜菁A02的49kb高度同源区段。在5个候选基因中,BnaC2.MYB28与拟南芥MYB28同源(编码一种R2R3-MYB转录因子),具有脂肪族蛋氨酸衍生芥子油苷生物合成的生物学功能。序列分析结果表明近等基因系的等位基因的基因区上存在多个indel和snp。进一步分析表明BnaC2.MYB28等位基因的变异在油菜的自然群体中显著与种子芥子油苷含量相关。系统发育和序列分析结果表明,来自亲本G120的BnaC2.MYB28等位基因源于甘蓝BolC2.MYB28,而另一亲本9172个等位基因可能是通过同源交换来自芜菁BraA2.MYB28。

材料方法

油菜自交系G120

x 9172,151株DH群体;G120

(供体)x

9172(受体),BC4F2(6000);454份油菜资源(自交系、品种);37份芜菁品种,18份甘蓝品种。

测序策略:DH群体,ddRAD(SacI+MseI)片段大小220-500bp,HiSeq

2000 PE90,68,450,311 PE reads。另外加上187对多态SSR标记。

图谱构建:JoinMap

4.0,最大重组频率0.4,最小LOD=3,遗传距离:Kosambi,多态标记在DH群体中卡方检验符合1:1分离比。

QTL定位:WinQTL

cartographer 2.5。

油菜BAC文库:HBnB(61440个克隆,平均140k,覆盖基因组9.2x)。

BAC序列基因预测:FGENSH

(http://www.softberry.com/)。

基因功能预测:基因Blast(NCBI,TAIR,BRAD,Genoscope,HDEM)。



研究结果

1、亲本材料及衍生群体的种子芥子油苷含量

G120(高),9172(低),F1(中间型),F2符合3:1分离比

2、油菜遗传图构建及种子芥子油含量QTL定位

19个连锁群共包含910个snp和187个SSR标记,总图距2014.51cM,平均标记1.87cM。

SNP在基因组上的分布(最外:遗传图,第二圈物理图,其次是9个不同环境qtl定位结果,黑色方框表明定位qtl位点)C02定位到的QTL在所有环境下都检测到,揭示表型变异为30.88-72.87%。加性效应为8.33-11.9%

3、种子芥子油含量QTL精细定位

利用近等基因系构建的包含6000个单株的BC4F2群体对定位区间共分离标记进行重组体筛选,最终将候选基因定位到SSA2-146~SSA2-157(49kb)之间,芜菁基因组对应区间有5个候选基因。

其中Bra029311与拟南芥MYB28同源(编码一种R2R3-MYB转录因子),具有脂肪族蛋氨酸衍生芥子油苷生物合成的生物学功能但是在甘蓝和油菜目前参考基因组中未找到高度同源的序列。

利用定位区间共分离标记SCAM1和SCAM4对油菜的BAC文库进行筛选,最终获得9个阳性BAC单克隆。对其中两个HBnB078K04,HBnB145D12进行测序,获得MYB28的同源序列。比较双亲BnaC2.MYB28序列发现在基因区和调控区均存在多个snp和indel。

4、BnaC2.MYB28自然变异与种子芥子油苷含量相关性分析

挑选454份油菜资源,根据后续基因分为3种类型。TypeA和TypeC芥子油苷含量显著高于TypeB。

5、BnaC2.MYB28等位基因可能是由于同源重组而表现为不同起源

系统发育和结果表明,来自亲本G120的BnaC2.MYB28等位基因源于甘蓝BolC2.MYB28,而另一亲本9172个等位基因可能是通过同源交换来自芜菁BraA2.MYB28。

研究亮点

1、  利用snp和ssr标记在多环境条件下进行油菜种子芥子油苷含量QTL进行了定位,通过扩大的回交F2群体将候选区间锁定在了芜菁对应的49k同源区段。

2、  在芜菁中找到的候选基因并未在甘蓝和油菜基因组中找到对应高度同源的基因,利用定位区间紧密连锁标记筛选油菜BAC文库获得阳性单克隆,进而获得油菜中候选基因的序列信息。

3、  在自然群体中利用候选基因的单倍型和表型的相关性,进一步确定了候选基因是与种子芥子油苷含量密切相关。

4、  利用系统发育树分析推测出两亲本的MYB28等位基因的不同来源。