基于图像处理的甘蓝型油菜种子活力QTL定位

【作者】 蔡鑫； 成洪涛； 王会； 梅德圣； 汪文祥； 桑世飞； 储文； 付丽； 胡琼；

【机构】 中国农业科学院油料作物研究所； 中国农业科学院研究生院；

【摘要】 【研究背景】油菜是中国最主要的油料作物,约占全球产量的20%。随着油菜机械化精细播种技术以及免耕直播技术的普及,农业生产上对于油菜种子田间出苗质量要求逐渐提高,种子活力检测是确保农业用种安全的重要保障。传统的油菜种子活力检测指标单一,无法对油菜种子活力全面解析,对于样本比较大的群体,检测效率不高、重复性差。提升油菜种子活力检测效率,拓宽种子活力检测方法,选育和应用具有种子高活力的油菜新品种对于开展油菜机械化收获具有重要意义。现阶段对甘蓝型油菜种子活力检测主要通过发芽情况(发芽势、发芽率等)以及内在生理生化指标(相对酶活、电导率等)进行检测,但是基于图像处理的对甘蓝型油菜种子萌发速度和萌发整齐度的高通量种子活力检测方法报道较少。【材料与方法】利用两个发芽势差异较大的甘蓝型油菜品系为亲本,构建了包含280个株系的DH群体,利用构建的高通量种子活力检测体系在3个不同环境下对种子活力水平进行鉴定。该高通量检测体系主要包含两部分,图像采集部分和数据分析部分,图像采集部分每间隔1h对种子萌发过程进行图像采集,在24h光照条件连续采集7天,采集的图像自动导入到计算机,借助数据分析部分的Germinator软件自动生成种子萌发曲线。利用Germinator软件自动生成的种子萌发曲线,提取种子活力评价的相关指标,包含萌发速度(发芽率达到10%所用的时间,t10/hr;发芽率达到50%所用的时间,t50/hr;平均发芽时间,MGT/hr)、萌发整齐度(发芽率在16%至84%间所用的时间,u8416/hr)、萌发曲线下面积(AUC)。【结果与分析】通过QTL定位分析表明,5个种子活力评价指标共63个QTL被定位到甘蓝型油菜12条染色体上,QTL位点分布在除A03、A05、A10、C01、C02、C03、C06染色体外的连锁群上,解释的表型变异范围为2.50%～21.88%。其中控制萌发曲线下面积(AUC)的QTL有15个,单位点解释的表型变异范围是2.58%～16.92%,效应值最大的位点是qAUCA09-5;控制萌发整齐度u8416的QTL有10个,单位点解释的表型变异范围是3.17%～17.55%,效应值最大的位点是qu8416A09-5;控制萌发速度t10、t50、MGT的QTL,有16、10、12个,效应值最大的位点是qt10A09-6、qt50A09-2、qMGTA09-4,分别解释表型变异的21.44%、21.88%、21.03%。在这些位点中,共有5个位点在3个环境中重复检测到,3个位点在2个环境中重复检测到,并且存在着一因多效的现象。【结论】本研究通过构建基于图像处理的高通量种子活力检澳体系,借助开源软件提取相关的萌发参数,对种子活力的遗传分析引入了5个有效的评价指标,拓宽了种子活力遗传研究的方法。与此同时,本研究对甘蓝型油菜种子活力评价指标的QTL定位,为下一步种子活力相关基因的精细定位和克隆奠定了分子基础。更多还原