甘藍(lán)型油菜莖稈木質(zhì)素與抗性性狀的相關(guān)性研究及全基因組關(guān)聯(lián)分析.pdf_第1頁(yè)
已閱讀1頁(yè),還剩82頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、甘藍(lán)型油菜(Brassica napus L,2n=4x=38,AACC)是由白菜型油菜(B.rapa,2n=2x=20,AA)與甘藍(lán)(B.oleracea,2n=2x=18,CC)自然雜交后雙倍化得到的異源四倍體物種。它富含油脂和蛋白質(zhì),是全世界范圍內(nèi)廣泛種植的重要油料作物之一。甘藍(lán)型油菜不僅是重要的食用油,調(diào)味品和蛋白質(zhì)飼料來(lái)源,也是加工工業(yè)及生物能源的重要原料,而且可以為人類提供必要的維生素C和可溶性纖維。
  核盤菌引起的

2、油菜莖稈腐爛是油菜生產(chǎn)中的首要病害,可以造成油菜產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降;另外,油菜的倒伏問(wèn)題已成為制約油菜機(jī)械化收獲、影響產(chǎn)量和品質(zhì)、增加菌核病危害的重要因素之一。木質(zhì)素不僅可以增強(qiáng)植物體的機(jī)械強(qiáng)度,同時(shí)由于其疏水的化學(xué)特性,使植物免受病原菌的侵害和擴(kuò)展,與植物抗病、抗倒伏有重要的關(guān)系。因此,研究甘藍(lán)型油菜莖稈木質(zhì)素在抗病和抗倒伏過(guò)程中的作用,鑒定抗性候選基因,可為油菜抗性育種提供理論基礎(chǔ)。本研究首先根據(jù)甘藍(lán)型油菜莖稈中的酸性洗滌木質(zhì)素(A

3、DL)和木質(zhì)素單體(G、S)含量值,建立近紅外模型,實(shí)現(xiàn)樣品中ADL和木質(zhì)素單體含量的快速測(cè)定;利用60K Brassica Illumina SNP芯片對(duì)莖稈菌核病抗性和抗倒伏性狀(莖稈直徑、折斷力和折斷強(qiáng)度)及木質(zhì)素和木質(zhì)素單體含量進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析,鑒定與抗性性狀相關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)及候選基因,并從轉(zhuǎn)錄組水平解析木質(zhì)素合成及甘藍(lán)型油菜抗病機(jī)理,具體研究結(jié)果如下:
  1. ADL和木質(zhì)素單體含量近紅外模型建立
  近紅

4、外光譜是一種快速、無(wú)損準(zhǔn)確的測(cè)定植物化學(xué)成分的新方法,本研究采用范式測(cè)定法測(cè)定了103份材料的莖稈ADL含量,采用GC-MS法測(cè)定了152份材料的木質(zhì)素單體含量,然后采集這些材料的近紅外數(shù)據(jù),根據(jù)馬氏距離選擇83份材料來(lái)建立ADL定標(biāo)模型,選擇67份材料建立S型木質(zhì)素單體和G型木質(zhì)素單體模型,其余材料用于外部驗(yàn)證。結(jié)果表明:
 ?。?)ADL最適模型為MPLS回歸分析,無(wú)散射和二階導(dǎo)數(shù)處理;S型和G型木質(zhì)素單體最適模型為PLS回歸

5、分析,標(biāo)準(zhǔn)正?;蜕⑸涮幚恚⊿NV+Detrend)及二階導(dǎo)數(shù)處理。
 ?。?)ADL模型決定系數(shù)(1-VR)約為0.90,外部驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)(RSQ)分別為0.87;G和S型木質(zhì)素單體交互驗(yàn)證決定系數(shù)(1-VR)為0.97,外部驗(yàn)證預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)(RSQ)為0.86;表明本試驗(yàn)中,ADL、S型和G型木質(zhì)素單體近紅外模型具有較好的預(yù)測(cè)效果,可以用于精確定量。
  2.抗性相關(guān)性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析
  為了從全基因組水平上解

6、析甘藍(lán)型油菜抗病和抗倒伏機(jī)理,挖掘與抗性性狀相關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn),本研究以520份不同來(lái)源甘藍(lán)型油菜為材料,進(jìn)行菌核病莖稈抗性鑒定,并測(cè)定莖稈中部直徑,折斷力,抗折強(qiáng)度(單位面積折斷力)及倒伏系數(shù);根據(jù)上述建立的ADL、S型和G型木質(zhì)素單體近紅外模型,測(cè)定各材料的ADL含量、S型和G型木質(zhì)素單體含量,由于H型木質(zhì)素單體含量很少,本研究后續(xù)分析從S型和G型木質(zhì)素單體比例(S/G)入手,探討木質(zhì)素單體比例與抗性的關(guān)系。這7個(gè)性狀都進(jìn)行兩年兩次

7、重復(fù)鑒定,同時(shí)利用60K Brassica Illumina SNP芯片分析的基因型,進(jìn)行甘藍(lán)型油菜抗性相關(guān)性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果表明:
  (1)甘藍(lán)型油菜相對(duì)感病性與莖稈總木質(zhì)素含量無(wú)關(guān),但與木質(zhì)素單體比S/G達(dá)到顯著正相關(guān);莖稈直徑與折斷力達(dá)到顯著正相關(guān);莖稈折斷力和抗折強(qiáng)度與ADL木質(zhì)素總含量正相關(guān);莖稈ADL木質(zhì)素總量與木質(zhì)素單體比S/G達(dá)到極顯著正相關(guān),倒伏系數(shù)與抗折強(qiáng)度和木質(zhì)素單體比S/G達(dá)到顯著正相關(guān)。表明組

8、成油菜莖稈木質(zhì)素時(shí),S型木質(zhì)素單體含量較高,但G型木質(zhì)素單體在抗病和抗倒伏過(guò)程中起著重要作用,抗折強(qiáng)度可以作為評(píng)價(jià)倒伏的重要指標(biāo)。
 ?。?)從60K SNP芯片中篩選出31468個(gè)有多態(tài)性和高質(zhì)量的SNP分析連鎖不平衡衰減距離。當(dāng)LD的衰減閾值為0.1時(shí),A基因組的衰退距離約為1 Mb,C基因組的衰退距離約為10 Mb,表明A基因組較C基因組衰減速度快,可能是中國(guó)半冬性甘藍(lán)型油菜在育種中A基因組發(fā)生較大重組,打破了連鎖不平衡。<

9、br> ?。?)根據(jù)SNP在染色體上位置,檢測(cè)各染色體單體型分布情況。A和C基因組平均單體型塊大小分別為133.3 kb和177.5 kb(F=8.5,P=0.019);A基因組每100 kb內(nèi)單體型塊數(shù)目平均為0.18,C基因組為0.04(F=102.5,P<0.01)。A基因組單體型塊數(shù)目多,長(zhǎng)度短,C基因組單體型塊數(shù)目少,長(zhǎng)度長(zhǎng),表明A基因組較C基因組發(fā)生較大重組,打破之前的連鎖狀態(tài),被分割為多個(gè)長(zhǎng)度小的單體型塊。
 ?。?

10、)通過(guò)群體遺傳結(jié)構(gòu),Neighbor-join進(jìn)化樹(shù)及主成分分析劃分自然群體類群。520份材料劃分為3個(gè)類群,亞群1(Group1)包含53份材料,亞群2(Group2)包含348份材料,剩余的119份材料聚入混合亞群(Mixed),其分類與甘藍(lán)型油菜生態(tài)型一致。亞群1主要是由分布在中國(guó)甘肅和青海地區(qū)及歐洲的春油菜構(gòu)成,亞群2主要是由分布在長(zhǎng)江流域地區(qū)的半冬性油菜構(gòu)成,包括重慶、四川、湖南、湖北及江蘇地區(qū)選育的品種。
  (5)對(duì)

11、7個(gè)抗性相關(guān)性狀表型和60K Brassica Illumina SNP芯片分析的基因型進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析,共檢測(cè)到109個(gè)顯著關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)。莖稈菌核病抗性利用K+P模型,鑒定出17個(gè)與抗性顯著關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn),分別位于A8染色體上的15.1 Mb和C6的31.3 Mb位置,A8上與菌核病抗性顯著關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)位于長(zhǎng)度為409 kb的單型體內(nèi),C6染色體上的SNP位點(diǎn),與已經(jīng)報(bào)道的菌核病QTL位點(diǎn)有重疊;莖稈中部直徑利用K+Q模

12、型,共檢測(cè)到3個(gè)SNP標(biāo)記與直徑顯著關(guān)聯(lián),分別位于A2(6 Mb)和A7(18.5 Mb)染色體上;莖稈折斷力利用K+P和K+Q模型共檢測(cè)到關(guān)聯(lián)的11個(gè)SNP,位于A2染色體上約24.1 Mb,A7染色體上約20.9 Mb,A9染色體上約2.5 Mb和2.9 Mb,及C3染色體上約48.4 Mb;對(duì)抗折強(qiáng)度,檢測(cè)到7個(gè)與抗折強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)位于A1染色體18 Mb。A5染色體20.3 Mb,A7染色體20.9 Mb;對(duì)倒伏系數(shù),檢

13、測(cè)到5個(gè)與倒伏系數(shù)關(guān)聯(lián)SNP位點(diǎn);對(duì)ADL,找到8個(gè)與木質(zhì)素含量關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn);對(duì)木質(zhì)素單體比S/G,幾乎在所有染色體都找到與其關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn),共找到58個(gè)顯著關(guān)聯(lián)SNP位點(diǎn)(P<1.37×10-5),當(dāng)利用較為嚴(yán)格的閾值時(shí)(P<1.58×10-6),共找到6個(gè)關(guān)聯(lián)SNP位點(diǎn),位于A3染色體6.9 Mb和14.7-18.4 Mb,A6染色體17.9 Mb,A7染色體11.1 Mb。另外ADL木質(zhì)素與木質(zhì)素單體比S/G都在A1染色體約

14、1.0Mb處找到顯著關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn),并在附近找到與CAD5同源基因(BnaA01g02890D)。倒伏系數(shù)LC與木質(zhì)素單體比S/G,相對(duì)感病性與木質(zhì)素單體比S/G都找到共同的顯著關(guān)聯(lián)SNP位點(diǎn),表明木質(zhì)素單體在抗性過(guò)程中起著重要作用。
  (6)對(duì)7個(gè)抗性性狀進(jìn)行全基因組選擇,7個(gè)性狀隨著參考材料數(shù)目的增加預(yù)測(cè)能力升高,但是標(biāo)準(zhǔn)差也隨著升高,結(jié)合預(yù)測(cè)能力和標(biāo)準(zhǔn)差,選用60%的參考材料時(shí)最為合適。利用所有標(biāo)記進(jìn)行全基因組選擇時(shí),這

15、些性狀的預(yù)測(cè)效率為0.23(直徑)-0.42(折斷力),預(yù)測(cè)效率很低;利用全基因組關(guān)聯(lián)分析顯著SNP位點(diǎn)(P<0.05)進(jìn)行全基因組預(yù)測(cè)時(shí),相對(duì)感病性,預(yù)測(cè)能力為0.8,莖稈中部直徑、折斷力、抗折強(qiáng)度、ADL、木質(zhì)素單體比S/G預(yù)測(cè)能力都約為0.6-0.7,說(shuō)明這些標(biāo)記具有預(yù)測(cè)能力,全基因關(guān)聯(lián)分析檢測(cè)的顯著關(guān)聯(lián)位點(diǎn)可以提高性狀預(yù)測(cè)能力,促進(jìn)全基因組選擇進(jìn)程。
  3.甘藍(lán)型油菜木質(zhì)素合成基因表達(dá)差異分析
  為了了解甘藍(lán)型油

16、菜莖稈木質(zhì)素合成過(guò)程中基因表達(dá)情況,本研究從520份材料中各選取5份高木質(zhì)素含量和低木質(zhì)素含量材料,在初花期取莖稈中部組織,利用高通量RNA-Seq測(cè)序技術(shù)構(gòu)建了油菜低木質(zhì)素(L1)和高木質(zhì)素(H2)轉(zhuǎn)錄組文庫(kù),找到與木質(zhì)素合成相關(guān)的途徑及基因。主要研究結(jié)果如下:與低木質(zhì)素含量材料FPKM相比后,尋找表達(dá)值相差至少2倍的差異基因(log2(H2/L1)≥1,F(xiàn)DR<0.01),與木質(zhì)素合成相關(guān)的差異表達(dá)基因共1013個(gè),其中上調(diào)基因35

17、1個(gè),下調(diào)基因662個(gè)。DGEs的GO富集分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),結(jié)果表明,與低木質(zhì)素材料中的基因相比,高木質(zhì)素材料上調(diào)基因位于細(xì)胞器,主要分子功能是轉(zhuǎn)運(yùn)活性(transporter activity),主要參與在糖苷分解代謝過(guò)程(尤其是硫苷分解),葉片衰老和細(xì)胞壁生物合成過(guò)程中;下調(diào)基因主要參與次級(jí)代謝過(guò)程和硫苷生物合成過(guò)程中,表明硫苷代謝途徑與木質(zhì)素合成途徑相關(guān)。另外,對(duì)這些基因進(jìn)行KEGG富集分析,上調(diào)表達(dá)基因中,沒(méi)有代謝途徑達(dá)到顯著富

18、集水平;而下調(diào)表達(dá)基因有11個(gè)代謝途徑達(dá)到顯著富集水平。顯著富集的前5個(gè)代謝途徑為硫苷生物合成(ath00966)、氧帶羧酸代謝(ath01210)、硫代謝(ath00920)、硫胺素代謝(ath00730)和類黃酮代謝(ath00941),這個(gè)結(jié)果與GO富集分析結(jié)果一致。另外,我們還鑒定了一些在其他作物木質(zhì)素代謝途徑中起著重要作用的轉(zhuǎn)錄因子基因(如MYB85和MYB103),也可以調(diào)控甘藍(lán)型油菜木質(zhì)素的生物合成。結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析,

19、找到4CL5同源基因(BnaA03g36130D)。另外,我們還找到一個(gè)ERF轉(zhuǎn)錄因子基因SHINE(BnaA08g233880D),其可能參與木質(zhì)素生物合成。
  4.甘藍(lán)型油菜應(yīng)答核盤菌侵染的轉(zhuǎn)錄組分析
  為了從轉(zhuǎn)錄水平解析甘藍(lán)型油菜抗病機(jī)制,我們從520份材料中分別選擇5份極端抗?。≧)和感?。⊿)甘藍(lán)型油菜,核盤菌脅迫接種莖稈48 h,分別取抗病材料和感病材料接種前后各10株混合樣提RNA,利用RNA-seq技術(shù)進(jìn)

20、行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,得到抗、感材料核盤菌脅迫處理后上調(diào)和下調(diào)的基因,結(jié)果如下:
  (1)根據(jù)log2(FPKM48/FPKM0)≥2,F(xiàn)DR<0.01,R和S材料中接種前后共發(fā)現(xiàn)6821個(gè)差異基因,R中有5384個(gè)差異表達(dá)基因,包括2356個(gè)上調(diào)基因(43.8%)和3028個(gè)下調(diào)基因(56.2%);感病性材料(S)中共5386個(gè),包括2229個(gè)上調(diào)基因(41.4%),3157個(gè)下調(diào)基因(58.6%)。其中共有的上調(diào)基因1784個(gè),57

21、2個(gè)基因在R材料中特異上調(diào),445個(gè)基因在S材料中特異上調(diào);R和S材料共同下調(diào)的基因則有2166個(gè),R材料特異下調(diào)基因862個(gè),S材料特異下調(diào)基因991個(gè)。另外,對(duì)所有差異基因進(jìn)行分層聚類發(fā)現(xiàn),R和S材料中差異基因表達(dá)模式一致,基因表達(dá)水平的差異主要表現(xiàn)為上調(diào)或下調(diào)倍數(shù)的差異;
 ?。?)對(duì)共同表達(dá)差異基因進(jìn)行了GO功能富集,從細(xì)胞組分,分子功能和參與的生物過(guò)程三個(gè)方面來(lái)分析。共同表達(dá)的上調(diào)基因主要在細(xì)胞部分(cell),其分子功

22、能是催化和結(jié)合功能,編碼轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,參與的生物過(guò)程為代謝過(guò)程,細(xì)胞過(guò)程,生物調(diào)節(jié)和對(duì)刺激的反應(yīng)。而下調(diào)的基因除了在細(xì)胞上,細(xì)胞器上的比例也很高,主要是與光合作用相關(guān)的葉綠體及類囊體;
 ?。?)對(duì)抗病和感病中共同表達(dá)的差異基因KEGG代謝途徑分析,結(jié)果表明,上調(diào)基因主要富集在谷胱甘肽代謝和次級(jí)代謝生物合成(硫代謝,硫苷生物合成和氧帶羧酸代謝中),下調(diào)基因主要富集在光合作用,乙醛酸和二羧酸代謝途徑,固碳作用,葉綠素代謝過(guò)程和碳代謝過(guò)程

23、中;
 ?。?)對(duì)抗病和感病材料差異表達(dá)基因進(jìn)行分析,找到一些特異的與抗性相關(guān)的途徑及基因,包括茉莉酸途徑,木質(zhì)素途徑,信號(hào)傳導(dǎo)途徑,防御反應(yīng)及轉(zhuǎn)錄因子基因。木質(zhì)素途徑中,R材料CCoAOMT基因全部上調(diào),上調(diào)的倍數(shù)大于感病材料;F5H基因在R和S材料中都表現(xiàn)為下調(diào)。CCoAOMT主要參與G型木質(zhì)素單體的合成,而F5H參與S型木質(zhì)素單體合成,表明G型木質(zhì)素單體在抗病過(guò)程中起著重要作用。
 ?。?)結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析,我們還

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫(kù)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論