【摘要】：甘藍(lán)型油菜是我國第一大油料作物,廣泛種植于長江流域。由于長江流域雨水頻繁等造成的淹水脅迫嚴(yán)重影響油菜萌發(fā)期的出苗與發(fā)芽,因此解析油菜萌發(fā)期耐淹性遺傳和分子機(jī)制對于選育耐淹性品種具有重要意義。本研究的目的,一是對505份甘藍(lán)型自交系油菜群體在萌發(fā)期進(jìn)行淹水處理,通過表型與生理指標(biāo)的測定,篩選出耐淹性強(qiáng)的種質(zhì)資源;二是淹水脅迫處理后測定各項指標(biāo),通過關(guān)聯(lián)分析定位與耐淹性相關(guān)的顯著變異位點(diǎn),解析萌發(fā)期耐淹性的遺傳機(jī)制;三是選擇代表性的兩個極端材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析,通過差異基因的表達(dá)量,富集到相關(guān)的代謝通路,并將差異表達(dá)基因與GWAS定位結(jié)合,以預(yù)測QTL區(qū)間的候選基因。本研究的重要意義在于篩選耐淹性強(qiáng)的種質(zhì)資源,解析油菜萌發(fā)期耐淹性的遺傳與分子機(jī)制。主要結(jié)果如下:對505份甘藍(lán)型油菜自交系群體萌發(fā)期的表型和生理指標(biāo)進(jìn)行測定,包括單位電導(dǎo)率、相對電導(dǎo)率、根長、莖長、根鮮重、根干重、莖鮮重、莖干重、總鮮重、總干重、總長,共11個指標(biāo)。結(jié)果表明:相對電導(dǎo)率與單位電導(dǎo)率具有顯著的相關(guān)性;9個表型性狀在淹水脅迫下均受到顯著影響,其中淹水對根的影響最大;通過生理指標(biāo)與表型指標(biāo)篩選到4份耐淹材料,8份敏感材料。此外,我們還發(fā)現(xiàn)表型性狀的耐淹系數(shù)與含油量呈負(fù)相關(guān),與千粒重呈正相關(guān)�；�505份油菜重測序數(shù)據(jù),利用混合線性模型對表型性狀與生理指標(biāo)進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析,發(fā)現(xiàn)78個與耐淹顯著關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)(-log(P)7.0)。其中,5個顯著變異位點(diǎn)與根長相關(guān);8個顯著變異位點(diǎn)與莖長相關(guān);2個顯著變異位點(diǎn)與根鮮重相關(guān);5個顯著變異位點(diǎn)與根干重相關(guān);4個顯著變異位點(diǎn)與莖干重相關(guān);6個顯著變異位點(diǎn)與莖鮮重相關(guān);7個顯著變異位點(diǎn)與綜合指標(biāo)隸屬函數(shù)值(MFVW)相關(guān)等。本研究根據(jù)生理指標(biāo)與表型指標(biāo)篩選到2份極端材料(76號和180號),并用于轉(zhuǎn)錄組分析。研究發(fā)現(xiàn):(1)耐淹材料(76)在淹水6 h后,有4767個相關(guān)基因的表達(dá)量發(fā)生變化;(2)敏感材料(180)在淹水6 h后,有7150個相關(guān)基因的表達(dá)量發(fā)生變化;(3)在淹水0 h后,耐淹材料(76)與敏感材料(180)相比,發(fā)現(xiàn)14226個相關(guān)基因的表達(dá)量發(fā)生改變;(4)在淹水6 h后,耐淹材料(76)與敏感材料(180)相比,得到10803個差異表達(dá)基因。經(jīng)統(tǒng)計分析,共發(fā)現(xiàn)12963個差異表達(dá)基因下調(diào),10834個差異表達(dá)基因上調(diào)。本研究將全部的差異表達(dá)基因與關(guān)聯(lián)分析候選區(qū)間內(nèi)的全部基因進(jìn)行對比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有79個差異表達(dá)基因與關(guān)聯(lián)分析顯著位點(diǎn)附近內(nèi)的基因相吻合。綜上所述,本研究通過表型指標(biāo)與生理指標(biāo)篩選到4份耐淹材料,8份敏感材料。從中選取具有代表性的2份極端材料進(jìn)行RNA-seq,通過轉(zhuǎn)錄組分析與關(guān)聯(lián)分析的候選區(qū)間相結(jié)合,共預(yù)測79個差異表達(dá)基因,其中40個差異基因被定位重要的候選基因。這些基因的挖掘為油菜耐淹機(jī)制的研究奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

油菜萌發(fā)期耐淹性種質(zhì)資源篩選與遺傳機(jī)制解析算的相關(guān)系數(shù) R 均大于 0.7。此外，在 505 份自交系油菜群體中，根據(jù)單和相對電導(dǎo)率的數(shù)值，由小到大分別挑選排名前 5%和后 5%的材料。對這些材料進(jìn)行分析，由圖 2b 可知，相對電導(dǎo)率與單位電導(dǎo)率篩選出中有 17 份重合材料，匹配率達(dá)到 71%；相對電導(dǎo)率與單位電導(dǎo)率篩選出中有 18 份重合材料，匹配率均達(dá)到 75%以上。其中，，我們篩選出的重合分別為為：L84、L180、L265、L267、L277、L304、L312、L313、L37459、L461、L483、L507、L510、L511、L527，我們篩選出的重合的耐淹13、L14、L32、L41、L49、L66、L76、L78、L111、L121、L139、L15179、L182、L213、L406、L407。這些重合的極端材料為我們后期篩選材。a)

圖 3 根據(jù)電導(dǎo)率與 MFVW 篩選極端材料的韋恩圖Fig. 3 Venn diagram of extreme materials according to MFVW and electric conductivita）根據(jù)電導(dǎo)率與 MFVW 篩選的敏感材料；b）根據(jù)電導(dǎo)率與 MFVW 篩選的耐淹a) Sensitive materials screened according to MFVW and electric conductivity ;b) Tolerance materials screened according to MFVW and electric conductivity與相對電導(dǎo)率與單位電導(dǎo)率篩選極端材料一樣，我們在 505 份自交系油中根據(jù)綜合指標(biāo) MFVW 的數(shù)值由小到大各挑選排名前后 5%的極端材料。結(jié)根據(jù)兩種電導(dǎo)率法篩選出的重合材料，我們發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率與綜合指標(biāo) MFVW 重感材料有 8 份（圖 3a），分別為 L84、L180、L277、L373、L459、L461、527，電導(dǎo)率與綜合指標(biāo) MFVW 重合的耐淹材料有 4 份（圖 3b），分別為 2、L76、L406。這篩選出的 12 份極端材料就是我們重要的種質(zhì)資源，為后耐淹性育種以及轉(zhuǎn)錄組分析提供基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S565.4

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