油菜菌核病研究进展

菌核病是危害油菜生产的主要病害之一。结合已有文献与本研究室的研究结果,文章就核盘菌的致病过程和致病机理、油菜菌核病抗病资源筛选、抗病育种现状、抗性遗传规律、抗病QTL定位及抗性基因发掘等方面进行了总结和展望。

油菜茎秆理化性质与倒伏关系的研究

油菜植株茎秆内部的理化特性,尤其是木质素含量、粗纤维含量及机械组织的面积与茎的抗倒伏关系密切。试验测定了9种田间表现不同类型材料的木质素含量、粗纤维含量、木质素密度、粗纤维密度和机械组织面积等理化性状,结果表明木质素含量、机械组织面积在抗倒材料和不抗倒材料间存在显著差异,不倒伏材料分别为倒伏材料的1.2倍和1.5倍。木质素和粗纤维的密度在不同表现类型间没有显著差异,说明其与植株茎秆倒伏相关性不大。

甘蓝型油菜叶色黄化突变体Bn.el1研究

对一个单倍体×二倍体来源的甘蓝型油菜叶色黄化突变体Bn.el1的光合色素质量浓度、农艺性状、叶色遗传和无机营养元素对叶色的影响进行了鉴定.结果表明:该叶色黄化突变体从苗期到蕾苔期表现新叶黄化,为总叶绿素缺乏型黄化突变体,其经济性状较野生型对照变差,叶色黄化性状受1对隐性核基因控制,叶色黄化性状的产生很可能与铁元素的吸收、转运或利用效率降低有关.

(芥蓝×羽衣甘蓝)×白菜型油菜人工合成甘蓝型油菜研究初报

以芥蓝和黄籽羽衣甘蓝的杂种F1作母本与黄籽白菜型油菜材料杂交,开展了甘蓝与白菜间多变种复合杂交人工合成甘蓝型油菜初步研究。在4个种间杂交组合中,授粉后20天统计,发育子房率在31.5%～60.1%;每100蕾发育胚珠数为1.1～60.8;借助胚珠培养获得了1个人工合成甘蓝型油菜新材料,其形态上综合了3个亲本的特征。该人工合成甘蓝型油菜自交高度不亲和,蕾期自交结籽也仅1.8粒/花蕾;与天然甘蓝型油菜杂交表现较高的亲和性,杂交亲和性表现与天然甘蓝型油菜基因型有关。

油菜种子油脂分子标记及QTL定位的研究进展

阐述了油脂的合成途径,重点归纳了油菜种子含油量及重要脂肪酸(包括油酸、亚油酸、亚麻酸和芥酸)的分子标记及QTL定位。总结了分子标记技术在油菜遗传图谱构建、重要性状的基因定位、油菜遗传多样性与种质资源评价及油菜分子标记辅助选择中的应用。最后提出需要进一步研究和解决的问题,并做了展望。

甘蓝型油菜种皮花青素相对含量测定方法研究

在配合甘蓝型油菜育种工作中,花青素含量的变化是重要的一个测定指标,笔者介绍了一种改进的测定甘蓝型油菜种皮中花青素相对含量的方法pH差示法,同常用的盐酸甲醇法相比较,同样不需要标准样品,成本低廉,测定简便快捷,同时能有效的去除甘蓝型油菜种皮中褐色物质对测定结果的干扰,所得结果能更准确地表现出不同色泽的种皮中花青素含量的变化。pH差示法在简便,快捷的基础上,所测定甘蓝型油菜种皮花青素相对含量更为准确、有效。

油菜半矮杆新品系10D130株型性状的遗传分析

株型改良是油菜高产、优质育种的主攻方向之一。矮杆及半矮杆株型有利于提高植株抗倒伏能力和经济系数、减少收获难度。10D130是一个半矮杆新品系,用10D130和常规优良品种中双11杂交,构建6世代遗传群体(P1、F1、P2、B1、B2和F2),以主基因+多基因混合遗传模型对该组合株高及其关联性状进行遗传分析。结果表明,10D130×中双11组合株高、分枝部位、主花序长度的遗传均受到1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因控制(D-0模型)。其中,株高性状加性效应值为–8.58,显性效应值为7.44,主基因遗传率在B1、B2和F2中分别为23.52%、0.91%和17.81%;一次有效分枝起始部位的1对主基因加性效应值为–22.11,显性效应值为3.13,主基因遗传率在B1、B2和F2中分别为49.95%、40.85%和61.15%;主花序长的主基因加性效应值为–2.21,显性效应值为–3.53,主基因遗传率在B1、B2和F2中分别为0.68%、47.94%和40.07%。一次有效分枝间距的最适宜遗传模型为E-1模型(2对加-显-上位性主基因+加-显-上位性多基因混合遗传模型),其中第1对主基因加性效应值为–0.55、显性效应值为–1.66,第2对主基因加性效应值为0.74、显性效应值为–1.29,均表现超显性遗传,主基因遗传率在B1、B2和F2分离世代群体中分别为10.99%、38.65%和44.10%。一次有效分枝部位高度、主花序长、有效分枝节间距和有效分枝数与株高均呈显著正相关。

白菜型油菜品种萌发期的抗旱性鉴定与筛选

秋旱影响我国长江流域油菜的播种和生长。从遗传基础广泛的白菜型油菜资源中筛选抗旱材料,对于培育抗旱油菜品种具有重要意义。以不同浓度的PEG-6000溶液于萌发期对5份不同遗传背景的白菜型油菜进行模拟干旱胁迫处理,并测定种子萌发抗旱指数、相对发芽率、相对发芽势、相对根长、相对芽长。与对照相比,干旱胁迫下各指标均有显著差异,对各指标进行主成分分析,确定了抗旱性鉴定参数,并确立了白菜型油菜资源抗旱性筛选的工作液为200 g/L的PEG-6000。选用该工作液于萌芽期对203份白菜型油菜资源进行了抗旱筛选,结果表明,模拟干旱胁迫下,大部分材料的抗旱性与对照有显著差异,用隶属函数法和聚类分析对抗旱性鉴定指标进行分析,并对所有供试材料的抗旱性进行了排序,鉴定出了抗旱性最强的PI226505白菜型油菜,其来源为Iran,为油菜下一步抗旱性遗传改良奠定了基础。

农杆菌培养方式和预培养基激素配比对甘蓝型油菜下胚轴转化效应分析

利用根癌农杆菌共培养法转化甘蓝型油菜"华双4号"下胚轴,通过组织化学染色法检测报告基因gus的表达情况,研究了农杆菌培养方式和预培养基激素配比对转化效果的影响.结果表明,用LB培养基活化后的农杆菌再用添加AS的MS培养液继续培养6～30h对转化有明显的促进作用;不同的农杆菌培养方式对转化的影响有明显的差异,在试验的6种农杆菌培养方式中s2-5的转化效果最好,即收集活化后的农杆菌用MS+AS+抗生素重悬培养24h,再用MS+AS培养6h;2,4-D与6BA之间的相互作用对转化有重要影响,在试验的预培养基激素组合中,2,4-D2.00mg/L6BA0.25mg/L的组合转化效率最高;抗性愈伤率与转化效率之间不一定具有相关关系.

甘蓝型油菜角果长度的主基因+多基因混合遗传模型

角果是油菜产量构成要素中重要的组成部分。本文以长角果品种中双11和短角果材料10D130为亲本配制杂交组合,采用主基因+多基因混合遗传模型分析方法对该组合6世代遗传群体(P1、P2、F1、BCP1、BCP2和F2)的果身长、角果长和果喙长进行遗传分析。结果表明,该组合的3个角果性状均呈连续分布,其中,果身长最适遗传模型为E-0(2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型),2对主基因加性效应值分别是1.75和–0.06,显性效应值分别是–0.59和–0.86,主基因遗传率在BCP1、BCP2和F2中分别是51.10%、74.23%和66.93%,多基因遗传率分别为29.16%、17.11%和23.96%。角果长的最适遗传模型为E-1(2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型),其中,第1对主基因加性效应为0.34,显性效应为–0.81,第2对主基因加性效应为0.34,显性效应为–0.47,主基因遗传率在BCP1、BCP2和F2中分别是47.63%、68.51%和79.45%,多基因遗传率分别为29.40%、20.89%和12.47%。果喙长的最适遗传模型为E-3模型(2对加性主基因+加-显多基因遗传模型),2对主基因加性效应值分别是0.2和–0.2,主基因遗传率在BCP1、BCP2和F2中分别是33.71%、72.75%和52.25%,多基因遗传率分别为40.08%、5.37%和27.60%。

甘蓝型油菜polCMS育性恢复位点的全基因组关联分析

【目的】甘蓝型油菜波里马细胞质雄性不育(pol CMS)在中国已被广泛应用于杂交种育种,其育性恢复程度表现出受1对主效基因的控制,并受微效修饰基因的影响。通过全基因组关联分析方法挖掘育性恢复位点,并对候选基因进行比较分析。【方法】通过芸薹属60K SNP芯片对308份甘蓝型油菜自然群体进行基因型分型,并用pol CMS系301A作母本,与上述材料分别进行杂交得到308份F1,每份F-_1分别于2013年和2014年进行种植,每年2次重复,于始花期根据花粉育性和花蕊发育情况调查F1植株的育性等级,同时对测交父本自然群体进行群体结构分析和亲缘关系评估,并结合测交父本的基因型分型结果和F_1的育性等级进行全基因组关联分析(GWAS)。从GWAS分析中显著的SNP左右100 kb区间或与显著SNP处于同一单体型块(R^2>0.5)的区间内预测候选基因,并对候选基因进行QTL比较分析和单体型或等位基因的效应分析。【结果】方差分析结果显示,两年F_1的育性等级存在显著差异(P<0.01),但相关分析发现,两年的育性等级存在显著的正相关(r=0.52,P<0.001)。群体结构分析显示,所有测交父本被分为3个亚群(冬性、春性和半冬性),亲缘关系分析发现,任何2个材料之间平均亲缘关系值为0.072,73%的任意材料间亲缘关系值小于0.1,其中,约53%的材料亲缘关系值为0。GWAS分析共检测到13个与育性恢复程度显著关联的SNP,构成了6个候选区间,分别位于A01、A09、C03、C06和C08 5条染色体上,单个SNP解释的表型变异介于2.53%—9.96%。从中共预测到6个与育性恢复位点相关的候选基因,其中4个编码的蛋白含有恢复基因特有的PPR保守基序。共线性分析发现,4个候选基因中的2个(Bna A09g46700D和Bna C08g40710D)位于A09和C08染色体部分同源区间,且与已克隆的pol CMS育性恢复位点ORF2同源。另外2个新鉴定到的候选基因(Bna C03g45840D和Bna C06g13000D)连锁的SNP等位基因或单体型变化都与育性等级显著相关(P<0.001)。【结论】通过GWAS分析鉴定到多个与油菜育性恢复有关的候选基因,开发基于与这些基因连锁位点或SNP的功能标记将有助于对该不育系统进行恢复系和保持系的筛选。

甘蓝型油菜COI1的调控功能分析

【目的】研究甘蓝型油菜中茉莉素受体复合体核心成员CORONATINE INSENSITIVE 1(COI1)蛋白的基因表达特性及生理调控功能。【方法】利用基因组数据分析甘蓝型油菜及其亲本种白菜和甘蓝基因组的COI1构成情况;使用定量和半定量RT-PCR扩增方法检测油菜COI1的组织特异性表达;克隆油菜COI1保守区片段,构建病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)载体,以农杆菌侵染方法培育VIGS诱导COI1沉默的油菜植株,然后,用鉴定出的COI1沉默植株研究油菜COI1在育性调控及虫害抗性等方面的调控功能。【结果】基因组数据分析表明,甘蓝型油菜亲本种白菜和甘蓝共有7个高度同源的COI1,依序列同源性可分为4类:COI1a、COI1b.1、COI1b.2和COI1c;甘蓝型油菜有8个COI1,也由上述几类同源基因组成。半定量和定量RT-PCR扩增试验表明甘蓝型油菜COI1在茎中的表达水平最低。从培育的VIGS诱导COI1沉默油菜中,共鉴定出COI1表达水平被抑制超过70%的株系25个,其中抑制效果最明显的10个株系被用于育性调控及蚜虫抗性试验。育性分析结果证明,VIGS沉默COI1油菜的结实能力受到严重影响,其角果在授粉20 d以后的长度只达到对照油菜角果授粉5 d后的长度,且角果中无正常种子;沉默COI1油菜的雄蕊长度短于相同花期的对照油菜雄蕊,其花药开裂延迟;显微观察发现,沉默COI1油菜的花粉中有超过80%呈不正常形态。在相同处理条件下进行的蚜虫抗性比较试验中,沉默COI1油菜叶片上的蚜虫数量超过对照油菜1倍多,而且有很多小蚜虫围绕大蚜虫的虫落,繁殖态势比对照油菜叶片上的蚜虫旺盛。【结论】甘蓝型油菜COI1具有组织特异表达特性,沉默COI1会导致油菜雄性不育性状发生,并降低油菜植株对蚜虫的抗性。

甘蓝型油菜SAMDC3基因及其启动子的克隆与分析

S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)是植物体内亚精胺和精胺前体物质形成的关键酶。本研究克隆了甘蓝型油菜(Brassica napus)BnSAMDC3基因家族2个成员的全长cDNA和启动子序列,并对其诱导表达特性进行了鉴定。BnSAMDC3-1(GenBank accession No.HM013966)和BnSAMDC3-2(GenBank ac-cession No.HM013967)的全长cDNA分别为1746bp和1754bp,开放阅读框(ORF)长度分别为1101bp和1104bp,在大ORF上游132bp处均包含一个171bp的小ORF。BnSAMDC3基因在叶片中表达量较高,受高温和干旱抑制。6-BA、GA3和SA抑制BnSAMDC3-1的表达,而GA3和甘露醇诱导BnSAMDC3-2表达上调。BnSAMDC3基因启动子具有多个与胁迫和激素诱导相关的顺势调控元件,表明BnSAMDC3可能通过ABA、6-BA和SA信号途径介导植物对非生物胁迫的响应。本研究将有助于进一步探讨甘蓝型油菜抗逆的分子机理,为甘蓝型油菜的栽培和品质改良奠定基础。

不同环境中甘蓝型油菜种皮木质素含量的QTL定位

以甘蓝型黄籽油菜GH06和甘蓝型黑籽油菜中油821为亲本杂交,后代通过"一粒传法"连续自交7代构建重组自交系,2007年分别在重庆市北碚区和万州区2个试验基地种植重组自交系群体,利用本实验室已构建的遗传连锁图谱和复合区间作图法(CIM),对种皮木质素含量进行测定及QTL定位分析。结果表明,在2个环境中共检测到12个种皮木质素含量相关的QTL,分别位于4个不同的连锁群,单个QTL可解释性状表型变异的4.50%～8.79%;在第3连锁群上检测到1个QTL与同一标记EM19ME23/130连锁,其余10个QTL位置不同;在北碚检测到的QTL主要分布于第20连锁群,在万州检测到的QTL主要位于第3连锁群;部分种皮木质素的QTL与种胚类黄酮和种皮色泽的QTL位于相近区间,在北碚和万州种皮木质素含量与种胚类黄酮存在极显著和显著正相关关系。甘蓝型油菜种皮木质素含量表现为多基因控制的数量性状,基因表达受环境影响较大;油菜种皮木质素合成和类黄酮的积累可能受相同关键基因调控或者具有部分相同的合成代谢途径。

两种环境下甘蓝型油菜含油量的差值QTL分析

利用本实验室构建的遗传连锁图谱和复合区间作图法检测重组自交系GH06×P174（SWU-1）和GH06×中油821（SWU-2）群体在2个环境中含油量差值的QTL。以SWU-1群体在2个环境中检测到2个含油量差值QTL,分别位于2个不同的连锁群,单个QTL可解释表型变异的10.31%-12.45%;以SWU-2群体在2个环境中检测到3个含油量差值QTL,分别位于2个不同的连锁群,单个QTL可解释表型变异的6.60%-10.58%。分析结果表明,含油量受环境影响较大,差值的变异幅度达到0-18.66个百分点,变异系数达到58.24%,说明在油菜的油脂合成中,存在对环境敏感和钝感的基因。含油量差值QTL与2个环境中分别检测到的含油量QTL没有明显的连锁关系,初步分析说明对环境敏感或钝感的基因与油脂合成基因不是同一个系统。

甘蓝型油菜MAPK1在损伤和病原菌胁迫下的表达模式分析

【目的】分析BnMAPK1组织特异性表达特征,探究其在损伤和病原菌胁迫下的特征及参加的信号途径。【方法】在电子克隆的基础上,克隆BnMAPK1的启动子序列。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测BnMAPK1的诱导表达特征。【结果】从甘蓝型油菜中克隆了MAPK1的启动子序列,发现它含有多个激素响应元件和逆境胁迫响应元件。还发现植物激素茉莉酸甲酯(MeJA)、水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和过氧化氢(H2O2),及损伤(wound)和核盘菌(sclerotinia sclerotiorum)均能在转录水平上激活BnMAPK1。甘蓝型油菜在损伤和接种核菌盘后,JA信号途径标志基因PDF1.2的表达量被诱导上升,而SA信号途径标志基因PR-1被抑制,推测甘蓝型油菜可能是通过茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径响应损伤和病原菌入侵。【结论】甘蓝型油菜MAPK1受多种植物激素和胁迫的诱导,并且其启动子中含有多个激素响应元件和逆境胁迫响应元件,可能MAPK1在植物体抵抗外界多种胁迫中起重要作用,并且甘蓝型油菜可能是通过JA信号途径对损伤和病原菌入侵做出响应。

甘蓝型油菜籽粒含油量、蛋白质、纤维素及半纤维素含量QTL分析

以甘蓝型黄籽油菜GH06和甘蓝型黑籽油菜P174为亲本,通过单粒法连续自交8代构建重组自交系群体,应用SSR标记绘制31个连锁群(LGs)的遗传连锁图谱,图谱总长1437.1cM,相邻标记间的平均距离为3.89cM。对4个不同环境下RIL8群体中每个株系籽粒含油量、蛋白质、纤维素和半纤维素含量进行了近红外检测。性状相关性分析表明,含油量与其他3个性状均表现负相关,蛋白质含量与纤维素和半纤维素分别表现负相关和正相关。结合构建的遗传图谱,采用复合区间作图法分析4个性状QTL,共检测到26个QTL,分布在N2、N3、N8、N9、N11、N13、N16和N17连锁群上,其中8个含油量QTL可解释表型变异的4.96%～21.83%;6个蛋白含量QTL,可解释表型变异的3.12%～14.28%;4个纤维素含量QTL,可解释表型变异的4.60%～17.29%;8个半纤维素含量QTL,可解释表型变异率的6.66%～16.68%。在N8上,发现有含油量QTL与半纤维素含量QTL重叠的区段。在N9上,发现有纤维素含量QTL与半纤维素含量QTL重叠的区段,上述2个区段重叠QTL加性效应方向相反。本研究认为油菜种子含油量、蛋白质、纤维素和半纤维素属于典型的数量性状,受环境影响较大,与这些QTL紧密相关的分子标记可为下一步分子标记辅助育种提供一定技术支撑。

甘蓝型油菜苗期磷高效基因型的TOPSIS法筛选

本研究以8个经田间初步筛选的不同磷营养效率代表品系为材料,在缺磷和施磷条件下进行营养液培养试验,通过测定苗期与磷营养效率相关程度较高的根长、冠部和根部鲜重、单株干重、根冠比、磷含量、冠部和根部酸性磷酸酶活性8个指标,引入TOPSIS法进行综合排序,以筛选出真正的磷高效甘蓝型油菜品系。结果表明:缺磷和施磷条件下,甘蓝型油菜品系W17(第1)和W39(第8)的TOPSIS排名相同,与田间试验结果一致;缺磷处理的W23及施磷处理的W11和W31的TOPSIS排名与田间试验结果一致;缺磷处理的W31和W290及施磷处理的其他4个品系的TOPSIS排名与田间试验结果相差1位;缺磷处理的W11、W27和W288的TOPSIS排名与田间试验结果相差2～4位。可以看出,TOPSIS法准确地筛选出了磷高效基因型甘蓝型油菜W17和磷低效基因型甘蓝型油菜W39;其他品系排序结果也与田间试验比较吻合,表明TOPSIS法可增加材料筛选的准确性,尤其适宜于极端品系的筛选。

甘蓝型油菜MAPK7基因家族及其启动子的克隆与表达分析

从甘蓝型油菜中克隆了MAPK7基因家族3个成员BnMAPK7-1、BnMAPK7-2和BnMAPK7-3的全长cDNA序列,它们最长标准mRNA分别为1593、1434和1547bp。系统进化分析表明,甘蓝型油菜MAPK7基因全部来自白菜,而且BnMAPK7-1/-2由白菜Bra03723祖先的基因加倍产生,而BnMAPK7-3则由白菜Bra037234的祖先基因进化形成。同时,克隆获得BnMAPK7-1/-2的启动子序列,该启动子里含有多个与光诱导相关的元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)显示甘蓝型油菜MAPK7基因家族在所有的组织器官中均表达,并发现该基因家族的表达受植物激素(MeJA、ABA和SA)、信号分子(H2O2)、逆境(高温)以及伤害(损伤和核盘菌)的诱导,初步证明甘蓝型油菜MAPK7基因在植物逆境胁迫应答中起一定作用。实现了甘蓝型油菜MAPK7-1/-3基因的原核表达,并证明它们编码的蛋白主要以包涵体形式存在,为后续的研究提供了基础。

植物肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)基因的研究进展

植物体内通过公共苯丙烷途径而进入木质素特异途径来合成木质素,这条代谢途径涉及到许多酶的参与,其中肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoAreductase,CCR)是木质素特异途径的第一个关键酶,可催化3种羟基肉桂酸的CoA酯的还原反应,生成相应的肉桂醛。因此人们认为此酶可能对木质素合成途径的碳流具有潜在的调控作用,对木质素单体的生物合成起着重要作用。本文主要综述了CCR在木质素生物合成途径中的地位、CCR的分布、酶的提取和基本特性、CCR基因的克隆进展、CCR基因的转录特点、CCR启动子研究情况、转基因植物中表达抑制CCR基因的生物学效应等,并展望了CCR基因研究对于植物木质素研究、植物抗病和抗逆性研究、作物品质改良以及植被保护研究的意义。