转录组结合区域关联分析挖掘油菜含油量积累的候选基因

油菜(Brassica napus L.)是中国食用植物油的主要来源,提高种子含油量是增加菜籽油供应最为有效的方法。本研究利用4个油菜自交系授粉后25 d、35 d、45 d的种子转录组数据分析,筛选出43个与油脂合成相关基因,其中33个基因持续上调表达,10个基因持续下调表达,主要基因包括BnLEC1、BnABI5、BnOLEO4和BnOBAP1a等。同时,结合50份半冬性甘蓝型油菜重测序数据,检测到与含油量显著相关3个SNP、9个SNP分别定位到BnOBAP1a-A10和BnABI5-A05,其中BnOBAP1a-A10_Hap1对应材料含油量显著高于Hap2,BnABI5-A05_Hap1对应材料含油量显著高于Hap3。此外,利用WGCNA构建基因共表达网络发现,BnOBAP1a与BnABI5通过3个转录因子LEC1、HMGB3、HTA11间接相连,形成了潜在调控的分子网络,影响种子油脂积累。这些结果有利于我们开发单体型功能标记进一步提高油菜籽含油量。

甘蓝型油菜SGR基因家族的全基因组鉴定与功能分析

叶绿素是植物进行光合作用的一类绿色色素,对植物生长有着直接的影响。本研究利用生物信息学方法在全基因组水平上对甘蓝型油菜(Brassica napus)、白菜(Brassica rapa)、甘蓝(Brassica oleracea)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)中滞绿基因(STAY-GREEN,SGR)家族成员进行分析发现,28个SGR基因大多数包含4个外显子,编码碱性蛋白。染色体定位和共线性分析显示,甘蓝型油菜SGR基因家族成员中不存在串联复制,SGR基因家族成员之间具有线性关系,高度同源,且在进化过程中非常保守。此外,利用60K SNP对203份半冬性甘蓝型油菜自交系的叶绿素含量进行全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS),检测到2个单体型区域Chr.A01:6,193,165~6,317,757 bp和Chr.C01:9,059,861~9,906,618 bp携带的Bna SGR1a-A01和Bna SGR1-C01与叶绿素含量显著相关。同时,结合50份半冬性甘蓝型油菜重测序数据,对这2个单体型进行进区域关联分析,检测到1个SNP定位在Bna SGR1a-A01的外显子2区域,并与叶绿素含量显著关联。共表达网络分析结果验证了Bna SGR1a-A01与Bna SGR2-A03直接相连,与Bna SGR1-C01、Bna SGR1-A08、Bna SGR2-C03、Bna SGR1-C07、Bna SGRL-C06、Bna SGRL-A10等基因间接相连形成了一个网络体系,共同调节叶绿素含量。T2拟南芥转Bna SGR1a-A01基因超表达植株的叶绿素a、叶绿素b和总的叶绿素含量相比野生型显著降低,表明Bna SGR1调控叶绿素降解。本研究为油菜SGR基因的功能研究和利用奠定了基础。

甘蓝型油菜AOC基因家族鉴定与表达分析

丙二烯氧化物环化酶(allene oxide cyelase,AOC)是茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径中一个重要的合成酶,在植物生长发育、光合作用、物质代谢和逆境胁迫应答等多个方面发挥重要作用。为了探究AOC基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中的家族特征,本研究以4个拟南芥AtAOC基因为基础序列,鉴定出12个甘蓝型油菜、4个白菜和6个甘蓝的AOC基因,并对它们的分子特性、蛋白保守结构域和系统进化树、基因结构及染色体分布、以及不同逆境和激素处理下的组织表达模式进行了系统的比较分析。结果显示AOC基因在芸薹属中高度保守,且AOC1/2/3基因多以串联基因簇的形式存在;12个甘蓝型油菜BnaAOC基因存在不同的组织表达模式,分别响应多种逆境胁迫和激素处理,其中BnaAOC3(BnaA09g19550D和BnaC09g52550D)基因同时受茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)、盐胁迫和PEG-6000处理的诱导表达,且强烈受核盘菌的诱导表达。本研究为进一步了解甘蓝型油菜AOC家族基因在响应非生物逆境胁迫和核盘菌侵染过程中的生物学功能奠定基础和提供指导。

甘蓝型油菜CBF基因家族的鉴定和表达分析

低温是影响植物生长发育的重要环境胁迫因子,ICE1(inducer of CBF expression1)-CBF(C-repeat(CRT)-binding factors)-COR(cold responsive)在植物响应低温胁迫的信号途径中具有重要作用。为探究CBF(C-repeat-binding factors)基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中的进化以及在低温胁迫应答反应中的功能,本研究以4个拟南芥CBF基因为基础序列,鉴定出11个甘蓝型油菜、6个白菜和5个甘蓝CBF基因,并对它们的分子特性、蛋白保守结构域和系统进化树、基因结构及基因染色体分布、甘蓝型油菜CBF基因组织表达模式以及不同逆境和激素处理下的表达模式进行系统的比较分析。结果表明,在11个甘蓝型油菜CBF基因中,可分为亚组Ⅰ(CBF1/2/3)和亚组Ⅱ (CBF4) 2个亚组。转录组测序结果表明,所有甘蓝型油菜CBF基因受低温诱导表达,其中亚组Ib的4个基因对冷胁迫响应迅速且持续时间长,亚组Ⅱ中2个基因对冷胁迫响应表达较弱,但它们在根中表达量明显高于叶片,并且参与盐胁迫和渗透胁迫响应;甘蓝型油菜中CBF基因家族对冻害响应更强烈,其中亚组Ⅰ中的BnaA08g30930D、BnaCnng49280D、BnaAnng34260D、BnaC07g39680D和亚组Ⅱ中BnaA10g07630D、BnaC09g28190D对冻害响应尤为显著。本研究将为进一步了解甘蓝型油菜CBF家族基因的生物学功能及其对低温尤其是冻害响应奠定基础,同时为CBF家族基因在其他物种中的生物信息学研究提供参考。

甘蓝型油菜光敏色素(PHY)家族基因的鉴定及表达分析

光敏色素(phytochrome,PHY)作为植物体内感受红光和远红光的受体,在植物的避荫反应及生物、非生物胁迫响应中起重要的调节作用。鉴定甘蓝型油菜中PHY家族基因并解析其分子机理,有助于提高油菜光能利用率,培育抗逆性强、适合密植直播和机收的油菜品种。为了研究PHY基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中的家族特征,以5个拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtPHY基因为基础序列,在甘蓝型油菜、甘蓝(B.oleracea)、白菜(B.rapa(Lour.)Rupr.)、黑芥(B.nigra)、芥菜型油菜(B.juncea)和埃塞俄比亚芥(B.carinata)中分别鉴定出11个、6个、5个、5个、10个和9个PHY基因。生物信息学分析结果显示PHY基因在芸薹属中高度保守。在甘蓝型油菜11个BnaPHY基因中,PHYA亚组成员主要在根中表达,PHYB亚组主要在叶片中表达。此外PHYA和PHYB均显著受高温和低温胁迫的调控,而非生物胁迫和激素处理对PHY基因表达的影响不明显。春化处理中的PHYB亚组表达量下调,PHYC和PHYE亚组表达量则上调,而在PHYA亚组只有部分基因表达量上调。大部分PHY基因表达明显受核盘菌抑制,有两个PHYA成员的表达明显受核盘菌诱导。