利用全基因组和全转录组关联分析解析甘蓝型油菜种皮形成的遗传结构

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中文摘要：菜籽油是世界第三大食用植物油，提高油菜籽含油量一直以来都是油菜育种的重要目标。油菜的种子主要由种皮和胚组成，种胚是储存油脂、蛋白质等营养物质的主要场所，而种皮会在发育过程中进行次生壁加厚，从而保护种胚。油菜种皮的形成和发育与种子含油量密切相关，但是其背后的遗传机理尚不清楚。本研究对382份甘蓝型油菜自然群体材料的单粒种子重（SeedWeight，SW）、单粒种胚重（EmbryoWeight，EW）、单粒种皮重（SeedCoatWeight，SCW）和皮壳率（SeedCoatContent，SCC）4个性状进行了全基因组关联分析（GWAS）、全转录组关联分析（TWAS）和基因表达模块分析，深入研究影响种皮形成自然变异的遗传基础，寻找控制种皮发育的遗传因子。通过对这382份材料的表型数据进行整理分析，发现群体材料的粒重变化范围在2.18~7.44mg之间，种胚重在1.73~6.53mg之间，种皮重在0.31~0.93mg之间，皮壳率在11.83%~21.87%之间，反映了群体变异的丰富性。并且，种皮重和皮壳率均与含油量存在极显著的负相关。我们利用GWAS鉴定到了27个与种子发育相关的数量性状位点（QTL），其中11个QTL与粒重和种胚重显著相关，7个QTL与种皮重显著相关，7个QTL与皮壳率显著相关。通过群体转录组分析，共发现了1272个与种子发育显著相关的基因和4个与皮壳率显著相关的基因表达模块。GO富集分析结果显示这些基因对于苯丙烷代谢途径、次生代谢物的生物合成和逆境响应有着积极的参与作用。进一步对模块进行表达全基因组关联分析（eGWAS）发现，M65、M139和M79模块的eQTL与皮壳率的qSCC.A09和qSCC.C05共定位。这些结果说明，甘蓝型油菜种皮形成的多态性可能是由于这些显著的位点或基因通过调控种皮中次生代谢物的合成，最终影响了种皮的含量。基于多组学的分析结果，并结合拟南芥同源基因的功能注释，我们还预测了9个可能参与种皮发育的候选基因。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和油菜遗传转化技术，目前已经获得了候选基因的基因敲除突变体和过表达材料。我们将在后续的研究中验证候选基因的功能，揭示控制种皮发育的调控机制。综上所述，本研究通过全基因组和全转录组关联分析，全面解析了甘蓝型油菜种皮形成的遗传基础，获得了27个重要的QTL和1272个显著关联的基因，并挑选了9个可能与种皮发育相关的候选基因。这些研究结果对于阐明甘蓝型油菜种皮形成的遗传基础具有重要的理论意义，也可以为高含油量的油菜改良育种提供基因资源和理论依据。

作者：

章惠

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关键词：

甘蓝型油菜全基因组关联分析全转录组关联分析种皮皮壳率

授予学位：

硕士

学科专业：

作物遗传育种

导师：

郭亮

学位年度：

2021

学位授予单位：

华中农业大学

语种：

中文

中图分类号：