油菜高收获指数的遗传改良策略

【作者】 李加纳； 卢坤； 荐红举； 梁颖； 陆军花； 彭柳； 申鸽子； 张烨； 张超； 杨博； 张莉；

【机构】 西南大学农学与生物科技学院西南大学农业科学研究院；

【摘要】 【研究背景】油菜是收获指数较低的作物,研究发现,油菜有充足的"源"和"库",受限因子在"流",因此,阐明油菜高收获指数形成的遗传机理,可为油菜高产育种提供理论和方法;【材料与方法】本研究使用520份和636份自交系组成的2个自然群体、196个家系的重组自交系群体的重测序、基因芯片数据以及多年多点性状观测值对油菜收获指数相关性状开展了GWAS和QTL定位研究,同时利用多个极端表现型材料的激素动态变化、转录组分析、miRNA测序和DNA甲基化水平分析,对高收获指数形成机理开展了研究;【结果与分析】①油菜收获指数相关性状在育种材料间差异显著,在重庆移栽条件下,高产株型应该是:株型较高、一次分枝起点不太低,一次有效分枝数较多,分枝角度适中,结角层厚;高收获指数油菜具有:花期和青角期叶片蔗糖含量高,角果皮蔗糖含量较低;角果柄韧皮部相对面积高,叶片光合作用相关酶活性较高,淀粉酶活性较低,但角果皮淀粉酶活性较高;重庆油菜茎秆中淀粉积累滞后,分解转运不及时可能是收获指数不高的生理原因;②在各性状最佳模型下,GWAS分析共检测到294个与各目标性状显著关联的标记位点,对表型的贡献率为3.47%～11.01%,其中有79个标记在同一环境不同性状间同时关联,30个与油菜收获指数显著关联;重组自交系群体在2个环境下检测到与收获指数相关的QTL 8个,贡献率5.89-11.53%;③上述结果结合转录组测序,鉴定出33个差异表达候选基因位于与收获指数相关性状紧密关联的SNP置信区间内,qRT-PCR验证发现部分基因在高产高收获指数材料的主花序种子、侧枝种子和主花序蕾中相对表达量较高,这些基因在拟南芥中被证明与光合、花序和角果发育有关;④对油菜中蔗糖转运蛋白SUC、SWEET和蔗糖磷酸合成酶SPS进行了深入研究。【结论】油菜收获指数具有较大的改良空间,在维持油菜较高的生物产量基础上,聚合光合产物转运分配的关键基因,可望实现产量的进一步突破。更多还原