摘要
土壤中镉(Cadmium,Cd)污染严重威胁着农产品的食用安全性，甘蓝型油菜等芸薹属作物易吸收和富集Cd,因此培育超耐受和超富集Cd的甘蓝型油菜可用于Cd污染土壤的修复，培育和应用低积累Cd的甘蓝型油菜可降低菜籽油和饼粕受Cd污染的风险。由于油菜中耐Cd、高积累Cd和低积累Cd的资源相对缺乏，Cd耐性和积累机制尚不明确，导致相关育种进程缓慢。针对上述问题，本论文开展了以下研究: 1、分别筛选耐镉、高积累镉和低积累镉的甘蓝型油菜优异种质。在5mg/LCd的水培条件下，利用15个根系和生物量相关的指标，对140份甘蓝型油菜微核心种质进行耐Cd性评价，发现群体内耐Cd性存在较大的变异。综合相对根系总长度、体积、表面积等13个耐Cd性指标，从群体中筛选到9份超耐Cd的优异资源(2AF194、2AF233、2AF380、2AF393等)。进一步分析Cd富集总量等7个Cd积累相关性状，发现群体内Cd积累变异丰富，其中Cd富集总量分布在109.60-307.21μg，地上部Cd积累量分布在58.26-166.62μg，根据这两个性状从群体中分别筛选到1份低积累Cd资源(2AF456)和1份高积累Cd资源(2AF147)。 2、甘蓝型油菜耐镉性的全基因组关联分析和候选基因发掘。利用15个耐Cd性指数和60KSNP芯片的基因型数据进行全基因组关联分析(Genome-wideassociationstudy,GWAS),定位到77个耐Cd性相关的遗传位点，综合群体分化指数和核酸多样性水平，鉴定到17个耐Cd性相关的受选择信号。在受选择信号Sel.Tol_C03与Tol_C03_3位点共定位的区间上，BnaDTX1.C03单倍型1(Haplotype1,HAP1)的耐Cd性显著高于其他三种HAP。转录组分析的结果也表明，BnaDTX1.C03仅在耐Cd材料中受Cd诱导表达。综合上述结果说明，BnaDTX1.C03对甘蓝型油菜耐Cd性有重要的作用。 3、甘蓝型油菜镉积累的全基因组关联分析和候选基因发掘。利用7个Cd积累相关性状和60KSNP芯片的基因型数据进行GWAS研究，共定位到56个Cd积累相关的遗传位点，综合群体分化指数和核酸多样性水平，检测到14个Cd积累相关的受选择信号和3个Cd迁移相关的受选择信号。在Cd积累相关的受选择信号Sel.Acc_C03_4和位点Acc_C03_9上同时发掘到BnaDTX42.C03和BnaZIP5.C03两个基因，且BnaDTX42.C03的HAP2地上部Cd含量显著高于HAP1。在TF关联到的Acc_A03_8位点上，BnaHMA2.A03的HAP3的TF显著低于其余单倍型。 4、甘蓝型油菜耐镉和镉积累共调控机制的探究。通过比较上述鉴定到的遗传位点发现，有9个位点同时与耐Cd性和Cd积累表型相关联，并从中发掘到22个共调控耐Cd性和Cd积累的候选基因。进一步对两类性状的前5个主成分得分进行GWAS研究，定位到40个遗传位点，主成分特异位点中属于新位点的比例更高，说明主成分得分可以定位到更多的新位点。在主成分特异新位点PC_A05_3上鉴定到BnaCAX1.A05的一个非同义突变位点可同时对甘蓝型油菜的Cd含量和耐Cd性产生显著影响，推测BnaCAX1.A05可能调控Cd在根系液泡中的区室化，进而影响甘蓝型油菜的Cd积累和耐Cd性。 上述研究可为培育超富集和低积累的油菜新品种提供关键的种质、技术和理论指导。
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