基于压裂力筛选油菜抗裂角优异种质资源

油菜成熟后角果易开裂,导致收获损失率高,限制了产业的高质量发展。筛选抗裂角优异种质资源,对于培育抗裂角宜机收的油菜新品种具有重要意义。为了提高油菜抗裂角资源的筛选效率,本研究基于200份变异丰富的甘蓝型油菜种质资源,系统比较压裂法与随机碰撞法的鉴定结果,提出了一种基于压裂力的抗裂角高效鉴定方法。研究发现,基于随机碰撞法的抗裂角指数与基于压裂法的裂角力之间显著正相关,且压裂法比随机碰撞法重复性更好、效率更高、稳定性更强。基于抗裂角指数和裂角力之间的相关关系,制定了基于压裂力的抗性分级标准,最终基于压裂力筛选出5份高抗裂角的甘蓝型油菜优异种质资源。相关结果为进一步培育优质的油菜抗裂种质资源提供了高效的鉴定方法和重要的基因资源。

甘蓝型油菜ACCase、DGAT2和PEPC基因对氮素用量的应答

氮肥是生长发育需要的重要营养元素之一。为了研究氮肥对油菜蛋白与油脂含量以及其合成相关基因表达水平的影响,本研究以品种中双11和Parter(德国)为材料,检测N 0、90、180和270 kg/hm2氮肥水平下种子含油量和蛋白质含量,并检测ACCase,DGAT2和PEPC基因在施氮肥(N 180 kg/hm2)和未施氮肥植株不同发育时期种子中的表达水平。结果发现,随施氮量增加,含油量降低,蛋白质含量增加,且Parter含油量下降程度明显高于中双11。授粉后7～25 d,ACCase和DGAT2的表达水平在两个品种施氮和未施氮条件下均无明显变化;授粉后31d,施氮与未施氮相比,两个基因在中双11中的表达量分别下降1倍和12倍,而在Parter中的表达量均上升约1倍。在施氮条件下,PEPC基因在两个品种的表达高峰期均提前,中双11由授粉后31 d提前到13 d,Parter由13 d提前到7 d,说明3个基因对氮肥的响应存在基因型的差异。

不同施氮水平下甘蓝型油菜发育种子中基因表达谱差异分析

氮肥是油菜生长发育需要的重要营养元素之一,增施氮肥可提高油菜籽产量和蛋白质含量,但降低种子含油量。筛选氮肥不敏感油菜基因型、发掘氮肥响应基因及调控网络研究尚不多见。本研究以油菜中双11和德国品种Parter为材料,设置4个氮水平(施用尿素0、90、180和270kghm–2),随机区组试验,利用Agilent油菜基因芯片在全基因组水平分析施氮(180kghm–2)和未施氮(对照)处理授粉25d种子的基因表达谱。结果显示,随着施氮量的增加,种子含油量降低,而蛋白质含量增加,且在2个品种中的变化程度不同,Parter含油量的下降水平比中双11显著。处理与对照相比,中双11和Parter分别有827个和3676个差异表达基因,明显存在基因型的差异;2个品种中共同的差异表达基因有278个,其中上调表达的151个,下调表达的80个,差异表达在10倍以上的基因有4个。根据基因功能注释,2个品种中的差异表达基因分子功能主要为催化、结合和转录调节活性,参与细胞、代谢和应激等生物过程,约50%的差异基因未得到功能注释。选择8个差异表达基因进行实时荧光定量PCR分析,结果显示2种方法的检测结果吻合率为94%,表明检测结果具有一定的生物重复性。本结果为进一步筛选油菜氮肥敏感基因型、开展氮应答机制研究提供了有用信息。

热胁迫过程中白菜型油菜种子DNA的甲基化

过高的环境温度对植物造成热胁迫和热损伤,影响植物的生长、发育,以及种子的寿命。以白菜型油菜耐热品种庆元本地油菜和不耐热品种绍兴矮大秆油菜新收获种子为材料,研究了不同温度处理对油菜种子活力以及基因组DNA甲基化水平和状态的影响。结果表明,种子经37℃和4℃处理2h,发芽率和活力指数与对照差异不显著;经70℃处理2h后,耐热和不耐热品种种子发芽率和活力指数均明显降低,37℃热诱导后再进行70℃热胁迫处理,发芽率和活力指数均高于直接70℃处理的种子,表明热诱导可以显著提高种子的耐热性。甲基化MSAP分析结果表明,种子热胁迫过程中基因组DNA甲基化水平降低,同时有甲基化和去甲基化现象发生,并以去甲基化现象为主。相关性分析结果显示种子发芽势、发芽率、下胚轴长和活力指数与双链DNA内部发生甲基化的条带数呈负相关,而与双链DNA外部发生甲基化的条带数呈正相关。更为重要的是耐热与不耐热性材料在热胁迫中表现完全相反的甲基化变异模式,耐热品种去甲基化的条带数多于不耐热品种,但甲基化的条带数目则相反,显示DNA甲基化与种子耐热性有重要关系。在热胁迫过程中,种子可能通过DNA甲基化变化调控相关基因的表达来应对高温胁迫。

中国白菜型油菜种质表型多样性分析

以保存于油料作物中期库中的1 962份白菜型油菜种质为基础材料,按照地理位置、表型性状分组并按比例取样,选择具有代表性的244份地方品种,对其13个表型性状进行分析。结果显示,来源于山西省的冬油菜生育日数较长,来源于青海、内蒙古、甘肃等省的春油菜生育期较短;来源于四川省的半冬型油菜株高较高;来源于云南、四川省的半冬型油菜全株角果数较多;来源于西藏的材料千粒重较大。多样性指数结果表明,我国白菜型油菜地方种具有丰富的形态多样性,平均多样性指数为1.709,高于国外材料(1.250);就不同生态类型而言,半冬型油菜多样性指数最高,其次为春油菜,冬油菜最低。聚类分析结果显示,在相似系数为0.204时,244份白菜型油菜地方种质划分为四簇,每簇包含的种质数分别为117、38、34和55;簇I以半冬型油菜为主,簇II、III以春油菜为主,簇IV以冬油菜为主。主成分分析结果显示,白菜型油菜分为春油菜、半冬型油菜与冬油菜三个明显的基因库,其结论与聚类分析结果一致。

SSR荧光标记毛细管电泳法与国家冬油菜区试指纹鉴定平台的构建

为了油菜品种指纹检测的精确性及未来构建大规模油菜新品种指纹数据库,应用SSR荧光标记毛细管电泳检测法构建国家冬油菜区试指纹鉴定平台。以40对荧光引物对2012-2013年度163份国家冬油菜区试参试品种（系）进行分析。结果共检测到42个等位位点和131个等位变异。其中A基因组（n1～n10）检测位点25个,C基因组（n11～n19）检测位点17个。每个位点等位变异数从2到6不等,平均为3.02。42个检测位点的PIC值变化范围在0.10～0.69之间,平均值为0.36。其中引物BRGMS171的杂合度、PIC值分别高达0.67、0.70,可考虑作为以后区试杂交种纯度鉴定的核心标记。SSR位点的纯合度分析得出本年度18份常规种平均纯合度为81.9%,145份杂交种为57.9%。以131个等位变异计算品种（系）间DICE相似系数,163份品种（系）间平均遗传相似系数变幅为0.607～0.765,变幅最大的为品种（系）FC03（0.438～0.879）,变幅最小为品种（系）宜油21（0.611～0.806）。

HPLC法分析油菜种子油中维生素E的组成与含量

利用HPLC法分析了50份遗传背景丰富的白菜型油菜、甘蓝型油菜、芥菜型油菜和芸芥种子油中维生素E的组成与含量。研究结果显示,油菜种子油中主要含α-生育酚和γ-生育酚,且α-生育酚、γ-生育酚和维生素E总量均存在明显的基因型差异,甘蓝型油菜种子油中维生素E含量总体水平最高,平均总量较高,为123.11 mg/100g油,维生素E含量最高的O-m ega,总量为144.73 mg/100g油,α/γ-生育酚比值最高可达0.77。α-生育酚、γ-生育酚和维生素E总量与类胡萝卜素含量均呈现显著负相关,种子油中α-生育酚与含油量呈现显著正相关,α-生育酚、γ-生育酚和维生素E总量与生育期均呈现显著或极显著正相关,α-生育酚和维生素E总量与株高均呈现显著正相关,维生素E总量与千粒重呈显著正相关,而α-生育酚、γ-生育酚和维生素E总量与全株角果数和每角粒数相关不显著。

不同储藏温度下油菜种子生活力的基因型差异

以发芽率为指标,研究了40份甘蓝型、白菜型和芥菜型油菜在-20℃、4℃、25℃、37℃、60℃温度储藏3个月、6个月、12个月后种子生活力的变化。结果显示:-20℃和4℃储藏下,不同基因型间种子发芽率变异较小,而25℃、37℃和60℃储藏下,基因型间种子生活力存在明显差异,选择60℃高温储藏不同时间的种子进行生活力鉴定,从甘蓝型、白菜型和芥菜型油菜中均筛选得到耐储藏的基因型。

白菜型油菜八氢番茄红素合酶基因BrPSY的克隆与序列分析

八氢番茄红素合酶(PSY)是类胡萝卜素合成途经的第一个关键限速酶,对类胡萝卜素合成起着重要的控制作用。本研究利用电子克隆技术,从油菜EST数据库中找到与拟南芥PSY基因高度同源的油菜EST序列,通过人工拼接及RT-PCR、RACE的方法,克隆得到白菜型油菜BrPSY基因全长cDNA的序列,提交GenBank,被命名为BrPSY(GenBank登记号EU138883)。BrPSY包含168bp的5'前导序列、69bp的3'不翻译序列和1 278bp的完整开放读码框(ORF),编码47.6 kDa的蛋白质。序列比对结果表明,BrPSY蛋白与其它植物的PSY蛋白具有很高的相似性;系统进化树分析表明,BrPSY与拟南芥亲缘关系最近。在全长cDNA序列的基础上,设计引物从白菜型油菜DNA中克隆得到BrPSY基因的全长DNA序列,含有7个外显子和6个内含子。

不同贮藏方式对油菜种质资源生活力和农艺性状的影响

为了解在长期库、冰柜和干燥器中贮藏的种质,调查了53份油菜的田间出苗率、主要农艺性状和含油量变化。结果表明储藏11～14年之间的种质田间出苗率平均值都高于储藏19～25年之间的种质,长期库和冰柜中保存的种子出苗率高于干燥器中保存的,表明干燥器不利于种子的长期保存。在长期库、冰柜和干燥器三种保存方式下,11个农艺性状的平均值一致表现为长期库优于冰柜,更优于干燥器;其中全株角果数、单株产量、单株重和分枝高度在三种保存方式下变异较大,变异系数在20%以上;角果宽度和含油量变异较小,变异系数在9%以下,说明不同保存方式不但影响种子活力和田间出苗率,还影响农艺性状。相关分析表明,因保存方式不同,出苗率表现不一致,与之相关的农艺性状也不同;在不同的储藏年限间,出苗率与株高、一次分枝数、全株角果数、主序角果数、单株产量均呈显著正相关。干燥器中保存的种质,因为活力丧失严重,整体出苗率较低,很难判断出苗率与农艺性状间的相关性。

白菜型油菜八氢番茄红素脱氢酶基因PDS3的克隆与序列分析

利用电子克隆技术,从数据库中找到与拟南芥高度同源的油菜EST序列,继而通过RT-PCR和RACE等方法,成功克隆了白菜型油菜八氢番茄红素脱氢酶(类胡萝卜素合成途径中的一个关键限速酶)基因PDS3的cDNA,命名为BrPDS3(GenBank登记号GQ200741)。cDNA序列全长1 940bp,其中包含114bp的5'前导序列和134bp的3'不翻译序列,编码区长度为1 692bp,编码63kD的蛋白。序列分析表明,BrPDS3蛋白与其他植物的PDS蛋白具有较高相似性;在系统进化树中,BrPDS3与甘蓝亲缘关系最近。根据全长cDNA序列设计引物,从白菜型油菜青油13号DNA中克隆得到BrPDS3基因的全长DNA,长度为3 911bp,ORF(开放阅读框)1 692bp,含有15个外显子和14个内含子。

2013-2015年中国冬油菜参试品种(系)DNA指纹数据库的初步构建及分析

为了满足日益增长的冬油菜新品种鉴定需要,采用多色SSR荧光标记组合毛细管电泳检测法,构建了419份2013-2015年度国家冬油菜区域试验中的冬油菜新品种(系)×38对SSR荧光标记的DNA指纹数据库。所有标记共检测到41个位点,其中双位点标记3个,单位点标记35个。38个多态性SSR标记于419份冬油菜新品种中共检测到129个等位变异;每个位点的变异范围为2~6,平均每个位点3.15个。等位基因型数共250个,每个位点的基因型数为3~15个,平均每个位点6.09个。41个位点的多态性信息指数PIC值变幅为0.132 2~0.690 7,平均为0.390 2。统计指纹数据库缺失率为1.1%,具有较好的完整性。DICE相似系数矩阵分析得出,419份中国冬油菜新品种(系)间成对遗传相似系数共获取87 571个数据项,品种间遗传相似系数变幅为0.366~0.983,平均遗传相似系数为0.692。相似系数在区间0.601~0.800内共有78 571个数据项,占总数的89.72%。此结果一定程度表明冬油菜新品种(系)的遗传多样性不够丰富。

中国油菜种质资源研究利用策略与进展

油菜是我国第一大国产植物油来源,种质资源在促进油菜育种和产业发展中发挥了关键作用,通过不断收集引进和发掘利用各类优异种质资源,培育高产优质高抗新品种,我国油菜每公顷水平由1949年的487.5 kg提高到了2017年的1995.2 kg,品质由"高芥酸和高硫苷"改良为"低芥酸和低硫苷",油品质可与橄榄油媲美,显著提升了我国食用植物油供给水平和质量。本文对我国在油菜种质资源收集编目、繁殖保存、评价挖掘、创新利用等方面的背景依据和研究进展进行了分析和评述,总结了近20年来中国油菜种质资源研究利用策略与取得的突破性进展,展望了今后我国油菜种质资源发展方向和重点任务。

2001-2009年国家冬油菜区域试验参试材料分析

2001至2009年参加区域试验(以下简称区试)的595份品系申报材料分析结果表明:参试品系数量增长6倍,申报单位数量增长7.5倍。参试品系由常规种为主转变为以杂交种为主,杂交种比例均值达77.90%。育种中使用的授粉控制系统由细胞质不育系为主转变为细胞质和细胞核不育系兼用,2003年后利用核不育系选育的品种数量与细胞质不育系基本持平。育种中使用的骨干亲本由国外品种转变为我国已育成的常规或优质油菜品种中油821、中双4号、中双9号等,采用的细胞质不育系亲本以波里马细胞质不育系和陕2A细胞质不育系为主,核不育系亲本主要为隐性核不育系。区试材料年度平均产量由2 158.28kg/hm2增长至2 457.01kg/hm2。含油量从39.94%增加至42.14%,增幅达5.51%。芥酸达标(芥酸含量<1%)材料的年均比例达91.47%。分析结果表明,我国在油菜育种能力,产量、品质和重要亲本改良和利用方面取得了重要进展。

甘蓝型油菜幼苗期耐镉性评价方法的研究

为选择一种科学有效的甘蓝型油菜幼苗期耐镉性评价方法,用0、1、2.5、5、10、20、30mg/L的镉液处理13个品种的幼苗1周,观察形态学变化,统计其生长指标,并利用多种方法进行耐镉性评价。结果表明:(1)镉胁迫后甘蓝型油菜幼苗表现出植株矮小、主根和侧根变短、侧根数减少、叶片面积减小、叶片发黄等症状;(2)选择5mg/L和相对根长、相对茎叶长、相对植株总长、相对根鲜重、相对茎叶鲜重、相对植株总鲜重、相对根干重、相对茎叶干重和相对植株总干重共9个指标,分别作为甘蓝型油菜幼苗期耐镉性评价的处理浓度和评价指标;(3)依据单个指标进行耐镉性评价的结果比较片面,多指标评价综合了幼苗镉胁迫后多方面的表型变化,评价结果更加科学。多指标评价方法中的主成分分析法选择累积方差贡献率为0.92的三个主成分对甘蓝型油菜进行耐镉性评价,能够客观地将参试的材料分成耐镉性和镉敏感两组,较综合得分法和隶属函数值法为最优方法。

HMA基因家族在芸薹属AC基因组中的进化分析

为研究芸薹属AC基因组重金属转运ATP酶(HMA,heavy metal transporting ATPase)参与的金属转运机制,利用白菜、甘蓝和甘蓝型油菜全基因组数据对HMA基因进行全基因组水平鉴定,并分析其在芸薹属AC基因组中的进化。结果显示,在芸薹属AC基因组中共鉴定到50个HMA基因,其中白菜14个、甘蓝13个、甘蓝型油菜23个(A亚基因组11个,C亚基因组12个),并且HMA基因在三个物种中均存在不均匀加倍的现象。这50个基因分属于P_1B-1、P_1B-2、P_1B-4三个亚族,在蛋白保守序列分布、蛋白理化性质、基因结构和启动区顺式作用元件等方面不同亚族之间各有差异,但同一亚族的基因在组织表达特异性方面也存在较大的差异。还发现Bra003110、Bol030251、BnaA10g06240D、BnaC09g28870D,BnaC09g11230D、BnaC04g20290D、BnaA09g10950D和Bra027641几个与At HMA5同源的基因,在多个方面较At HMA5发生了较大的变异,可能会导致这些基因在芸薹属作物中延伸出不同于At HMA5的功能。在芸薹属AC基因组HMA基因中发现的GICCSME和GICCPSE新变异类型,不同于拟南芥中的GICC(T/S)SE功能位点,也可能导致相应的基因出现新的功能变异。本研究为从芸薹属AC基因组中选择特异性金属离子转运的HMA基因提供生物信息学参考,对进一步解析芸薹属植物中HMA基因参与的金属离子转运机制具有重要的指导意义。

油菜抗除草剂机理与种质创制研究进展

杂草是制约油菜生产的重要生物灾害之一,严重影响油菜的产量和品质。培育抗除草剂油菜品种是防除油菜田间杂草的经济、有效的途径。本文综述了已被广泛应用的草甘膦、草铵膦和ALS酶抑制类除草剂的作用机理、植物对除草剂产生抗性的机制以及国内外这三类油菜抗性种质的创制和研究进展,并提出了油菜抗除草剂种质的发展策略,加强抗性机制研究和基因的发掘力度,利用基因编辑等新技术创制抗除草剂油菜新种质,培育具有多种除草剂抗性的油菜新品种。

甘蓝乙二醛酶基因家族的鉴定与表达分析

乙二醛酶(glyoxalase,GLY)是植物应对醛酮类有害物质胁迫的重要酶,对于植物应对非生物胁迫有重要意义。本研究从甘蓝数据库中鉴定获得了15个BolGLYI和16个BolGLYII,利用生物信息学方法系统分析了这些GLY基因的染色体定位、基因结构、蛋白的等电点、分子量、进化关系、保守基序,以及组织表达模式。结果表明,BolGLYI在染色体分布很集中,而BolGLYII的分布比较分散;甘蓝两类GLY基因家族都分成5个亚群,且其与拟南芥的亲缘关系比和水稻更近;同源关系越近的BolGLY基因,其基因结构和保守基序都更相似;BolGLYI家族的基因成员组织表达差异较大,在逆境条件下BolGLYI07和BolGLYI13基因表达量显著高于BolGLYI家族的其他基因,而BolGLYII的各个家族成员在各组织的表达差异不明显,在磷和锌元素胁迫条件下BolGLYII01基因和BolGLYII09基因表达显著高于其他基因,以上结果为进一步研究BolGLY基因的功能提供了理论基础。

EcoTILLING高通量分析甘蓝型油菜种质叶绿体rps16基因的多态性

叶绿体rps16基因作为叶绿体重要基因,广泛应用于植物系统发育研究,而甘蓝型油菜rps16基因多态性研究尚未见报道。本研究利用二维Eco TILLING(ecotype targeting induced local lesions in genomes)技术及Sanger测序技术对全球256份甘蓝型油菜种质资源的rps16基因进行多态性分析。结果发现,256份甘蓝型油菜rps16基因有5个多态性位点,经测序检测其存在4种单倍型;5个SNP位点都位于非编码序列上。研究结果表明,rps16基因在不同材料中具有丰富的遗传变异,可为其它基因遗传多样性研究提供借鉴,有助于对油菜种质资源进行评估和多样性分类。