不同遗传来源黄黑籽甘蓝型油菜中类黄酮途径关键基因表达特征与eQTL分析

【摘要】油菜种皮中富含的多酚类物质与脂溶性色素会严重影响菜籽品质和饼粕饲用价值,而黄籽油菜具有皮薄、蛋白质和含油量高、色素及多酚类物质含量低等优点,因此,甘蓝型油菜黄籽品种的选育是油菜育种的一个重要主攻方向。目前,重庆市油菜工程技术研究中心已从甘蓝型油菜中克隆了20多个与油菜色素合成相关的调控基因和关键酶基因家族,同时,在A09染色体上确定了一个影响种皮色泽的主效QTL(BnSCA09),但要明确种皮色泽的候选基因,揭示其下游调控网络与黄籽形成的分子机制,还有许多问题有待于进一步的研究。本研究以三对不同遗传来源的黄黑籽甘蓝型油菜不同发育时期各组织器官为材料,采用qRT-PCR方法检测19个参与类黄酮途径关键基因的表达特征,确定各基因在不同遗传背景下组织器官的表达特异性。同时,以高世代重组自交系群体(已构建高密度遗传连锁图谱)花后30天种子总RNA为对象,采用qRT-PCR方法对各基因表达量进行了分析,然后以基因在群体株系中的表达量为考察性状,用QTL分析软件WindowsQTLCartographer2.5及复合区间作图(compositeintervalmapping,CIM)法对基因的表达量进行eQTL分析,分析各基因在染色体上的位置及存在的eQTL热点区域。其主要结论如下：1.不同遗传来源黄黑籽甘蓝型油菜中类黄酮途径关键基因表达特征分析本研究以三对不同遗传来源的黄黑籽甘蓝型油菜的根、茎、叶、蕾、花、荚果皮和种子(花后10,20,30,40和50天)等12个不同组织器官为材料,采用qRT-PCR方法对19个参与类黄酮合成途径的关键基因进行了器官组织的特异性检测和表达模式分析。结果表明：在组织器官特异性方面,13个基因表现为组织器官的特异性表达,其中BnTT3、BnTT18、BnBAN、BnTT12、BnTT19、BnTT10、BnAHA10、BnTT2、BnTT8、BnTT16、BnTTG2和BnTT1主要在不同发育时期的种子中表达；BnPAP1在花中特异性表达；另外6个在各组织器官中均表达(BnTT4、BnTT5、BnTT6、BnTT7、BnTTGl和BnTT15)。在表达模式方面,14个基因在不同发育时期种子中的表达模式相似,不同材料间仅存在表达量上的差异,而基因BnTT5、BnTT7、BnTT10、BnTTGl和BnPAPl表达模式存在不同程度的变异,在量上也存在一定差异,表明不同遗传来源黄黑籽甘蓝型油菜种子中类黄酮物质的合成途径相同,只是合成速率存在一定的差异。上述结果表明参与类黄酮途径基因的表达模式可能不受材料遗传背景的影响或影响较小,且从基因表达模式中可以看出种子发育的中后期是甘蓝型油菜黄黑籽种皮差异形成的关键时期。因此,与拟南芥不同,引起甘蓝型油菜种皮差异的代谢机理较为复杂,单靠通过抑制某一个基因很难实现油菜黄籽性状的改良。2.类黄酮合成途径关键基因eQTL分析以甘蓝型油菜高世代重组自交系群体(黄籽亲本GH06和黑籽亲本中油821杂交,后代通过“单粒传法”连续自交9代)为材料,采用qRT-PCR方法对19个参与类黄酮途径基因在该群体94个株系的种子(花后30天,色素合成高峰期)进行了表达量分析,结合本课题组构建的高密度遗传图谱和复合区间作图法(CIM)进行了eQTL分析。结果共检测到75个与类黄酮途径基因相关的eQTL位点,分布在15个不同连锁群上,每个基因可检测到3-5个eQTL位点,单个eQTL可解释4.11%-53.11%表型变异。其中,包括4个eQTL热点区域,共包含13个基因的30个eQTL位点,分别位于A03、A09和C08连锁群上,说明这些eQTL热点区域周围存在共同的上游调控基因。另外,在A09连锁群上的2个eQTL热点区域分别位于甘蓝型油菜黄籽主效QTL(BnSCA09)的上游和下游,在C08连锁群上的eQTL热点区域与检测到的种皮色泽与色素QTL存在一定的关联性,说明类黄酮途径相关基因在一定程度上影响了甘蓝型油菜种皮色泽的变化,或受上游关键基因的共同调控。同时,每个基因检测出的eQTL位点分别位于不同连锁群上,可能与甘蓝型油菜是异源四倍体,每个基因会同时存在多个不同的拷贝相关联。这些研究结果将有助于阐明甘蓝型油菜黄籽性状形成的分子调控机制,为黄籽候选基因的克隆筛选奠定基础。
【作者】王敏；
【导师】李加纳；
【作者基本信息】西南大学，作物遗传育种，2014，硕士
【关键词】甘蓝型油菜；类黄酮途径；关键基因；表达特征；eQTL；

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