摘要
木质纤维素主要由纤维素、木质素和半纤维素组成，能影响油菜的抗倒伏、饲用和菜用等多功能用途。本研究以包含 197个 RIL（Recombinant Inbred Lines, RIL）株系的芥菜型油菜作图群体为研究材料，开展了叶片和茎秆木质纤维素含量测定、茎秆强度分析、茎秆微观结构观察、QTL 定位、转录组分析、候选基因筛选、基因克隆与分析及qRT-PCR分析等研究，主要研究结果如下： （1）通过滤袋法对贵阳和贵定两个环境中芥菜型油菜叶片和茎秆的木质纤维素含量进行了测定，两个环境中均表现出较大的变异，叶片中纤维素、半纤维素和木质素含量变异系数分别为 18.51%～19.60%、38.63%～53.52%、35.35%～42.19%；茎秆中纤维素、半纤维素和木质素含量变异系数分别为11.58%～13.52%、19.15%～26.82%、17.72%～23.30%。两个环境中，叶片纤维素和木质素之间（r=-0.246**，r=-0.238**；P＜0.05）、茎秆纤维素和半纤维素之间（r=-0.753**，r=-0.787**；P＜0.05）、茎秆纤维素和木质素之间（r=-0.477**， r=-0.409**；P＜0.05）均呈极显著负相关关系，茎秆半纤维素和木质素之间（r=0.168*，r=-0.207**；P＜0.05）呈极显著正相关关系。而对于植株木质纤维素各组分间，叶片和茎秆之间未检测到显著相关性。 （2）通过茎秆抗折力度测定，及部分株系茎秆微观结构观察对芥菜型油菜茎秆强度与木质纤维素之间的相关性进行了分析。结果表明：两个环境下木质纤维素总含量和抗折力度皆呈极显著正相关关系（r=0.753**，r=-0.787**；P＜0.05），即茎秆总纤维含量越高，其茎秆抗折力度越大。在茎秆微观茎秆观察中，高纤维含量材料与低纤维含量材料相比，高纤维含量材料的皮层相对更厚，维管束个数相对更多，维管束面积占比相对更大，表明茎杆木质纤维素含量越高，茎秆中维管束的个数和面积占比更多影响茎杆强度及茎秆抗倒伏能力。 （3）结合RIL群体高密度遗传图谱和两个环境中木质纤维素含量的表型数据，对芥菜型油菜叶片和茎秆木质纤维素含量进行了QTL定位。共检测到43个与木质纤维素含量相关的QTL。其中，25个是控制叶片木质纤维素含量的QTL，分布在 A02、A03、A04、A06、A07、A08、B01、B03、B04、B05、B07 和B08等 12个连锁群上，包括调控纤维素含量的 qB07-L-C-GY，调控半纤维素含量的qA07-L-HC-GY和qA07-L-HC-GD三个主效QTL。而另外的18个QTL负责调控芥菜型油菜茎秆木质纤维素含量，分布在 A01、A05、A06、A07、A08、B04、B05、B07和B08等9个连锁群上。分析全部QTL定位结果发现，叶片和茎秆中调控纤维素和半纤维素含量的QTL主要集中在B04和B07上，控制木质素含量的QTL主要集中在B08上。 （4）对高低纤维含量差异株系叶片和茎秆进行了转录组分析，共获得100.98 Gb的 Clean Data，比对效率为92.37%~92.99%。再以 Fold Change≥2为筛选标准，检测差异表达基因（Differential Expression Gene，DEG），得到 8 个差异表达基因集；对差异基因进行共表达趋势分析找到 9 个基因表达趋势板块；并对 DEGs进行了 KEGG功能分析，发现与木质纤维素合成相关的合成代谢通路－苯丙氨酸合成与淀粉和蔗糖代谢。继续对8个差异表达基因集共有DEGs分析，发现叶片高低纤维材料对比实验组间共有 165 个基因差异表达，茎秆高低纤维材料对比试验组间共有215个基因差异表达。 （5）联合QTL定位结果及芥菜型油菜参考图谱，初步筛选QTL区间的候选基因，并进一步分析候选基因的转录组表达结果，初步筛选出23个木质纤维素合成候选基因，结合基因功能注释，共鉴定出 5 个参与木质纤维素合成途径的候选基因，其中 4 个候选基因直接参与木质纤维素代谢途径：PAL （BjuA014959）调控苯丙氨酸（phenylalanine）→β香豆酸（β-coumaric acid） 代谢途径；GAPC1（BjuB008070）主要参与甘3-磷酸甘油醛（gluceraldehyde-3p）→ 3-磷酸甘油酸（glycerate-1,3p2）代谢途径的遗传调控；CESA6（BjuB007685）可能参与调控二磷酸尿苷葡糖（UDP-glucose）→纤维素（cellulose）代谢途径；FLS3（BjuB039577）可能参与香橙素（dihydrokaempferol）→槲皮素（querctin）代谢途径。而BXL1（BjuB004523）被报道可能与阿拉伯糖分解代谢、木聚糖分解代谢及细胞壁厚度相关。对 5个芥菜型油菜的木质纤维素候选基因进行 qRT-PCR分析，并对位于主效QTL区间内的候选基因CESA6进行同源克隆和序列分析。 综上所述，本研究共定位了43个木质纤维素合成相关QTL，并筛选出5个芥菜型油菜叶片和茎秆纤维素合成的候选基因。本研究可为芥菜型油菜木质纤维素调控机制及抗倒伏、饲用和菜用等多功能用途品种改良提供了参考信息。
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