提高油菜产量是保障国家粮油安全的重要举措。作物“源”“流”“库”理论表明,充足的光合产物(源)是高产的前提,而叶绿素是直接参与光合作用的物质,因此,选育高叶绿素含量的甘蓝型油菜是提高产量的重要途径。本课题组前期对全球收集的...提高油菜产量是保障国家粮油安全的重要举措。作物“源”“流”“库”理论表明,充足的光合产物(源)是高产的前提,而叶绿素是直接参与光合作用的物质,因此,选育高叶绿素含量的甘蓝型油菜是提高产量的重要途径。本课题组前期对全球收集的588份优异油菜种质资源进行5X重测序,获得385,692个高质量SNP标记。利用SPAD-502叶绿素仪于2018—2019连续2年测定苗期完全伸展的叶片叶绿素总量,结合获得的SNP标记进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),筛选与叶绿素含量显著关联的SNP位点。结果表明,2018年鉴定到5个显著关联的SNP位点,贡献率为5.51%~7.89%,其中S6_3493805位点贡献率最大;2019年检测到46个SNP位点,贡献率为7.29%~10.34%,其中S13_11413088位点贡献率最大。将显著关联SNP位点上下游各500 kb区间内的基因与参考基因组比对,初步筛选出2022个油菜基因。将其基因序列在拟南芥基因组内进行BLAST比对,结合前人已报道的拟南芥同源基因功能,筛选到23个候选基因,其中5个属于叶绿素合成途径同源基因。本研究结果为后续油菜叶片叶绿素含量的遗传改良奠定了基础。展开更多
株高和一次有效分枝高度是与甘蓝型油菜结荚层厚度、收获指数紧密关联的重要农艺性状,有关株高的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)和全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)已有很多报道,但对一次有效分枝高...株高和一次有效分枝高度是与甘蓝型油菜结荚层厚度、收获指数紧密关联的重要农艺性状,有关株高的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)和全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)已有很多报道,但对一次有效分枝高度的QTL和GWAS定位以及候选基因筛选的研究报道较少。本研究利用已构建的高密度遗传连锁图对2016和2017年2个环境的186个株系组成的重组自交系群体株高和一次有效分枝高度及其最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)值进行QTL定位共检测到8个株高的QTL,分别位于A03、A04和A09染色体,单个QTL解释4.60%~13.29%的表型变异,其中位于A04染色体上的QTL(q-2017PH-A04-2和q-BLUP-PH-A04-2)在2017年和BLUP中均被检测到;检测到9个一次有效分枝高度QTL,分别位于A01、A02、A05、A09、C01和C05染色体上,单个QTL解释5.12%~19.10%的表型变异,其中q-2017BH-A09-1、q-BLUP-BH-A09-2和q-BLUP-BH-A09-3有重叠区段。同时,利用课题组前期完成的588份重测序自然群体进行全基因组关联分析,2年共检测到与株高显著关联的50个SNP位点和与一次有效分枝高度显著关联的12个SNP位点;根据SNP的物理位置,筛选出参与细胞增殖、细胞扩增、细胞周期和细胞壁活动的13个株高候选基因,以及参与赤霉素、亚精胺等合成代谢途径、核糖体组成和在光合、萌发等过程中有一定作用的一次分枝高度的11个候选基因,并利用荧光定量PCR技术验证候选基因在极端材料中的表达情况。本研究结果将为油菜株型改良及后续基因的功能研究提供理论依据。展开更多
植物的丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinases,MAPKs)级联是生长进程中多种信号跨膜传递的共同通路,它可以将外源刺激转入细胞内并引发细胞应答。目前C族MAPKs在甘蓝型油菜中的研究报道还很有限。本研究通过1个甘蓝型...植物的丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinases,MAPKs)级联是生长进程中多种信号跨膜传递的共同通路,它可以将外源刺激转入细胞内并引发细胞应答。目前C族MAPKs在甘蓝型油菜中的研究报道还很有限。本研究通过1个甘蓝型油菜的C族BnMAPK1基因的生物学进程聚类分析发现,BnMAPK1可能参与蛋白磷酸化、生长素介导的信号途径、逆境应答、细胞周期及转录等过程。BnMAPK1具有369个氨基酸残基,其相对分子质量约为42.5 kD,其可溶性蛋白可在原核系统中被诱导表达。BnMAPK1的亚细胞定位结果显示,BnMAPK1主要在细胞核内表达。Bait质粒pGBKT7-BnMAPK1在酵母双杂交系统中无毒性及自激活活性。为深入研究BnMAPK1蛋白参与的生物学进程,从甘蓝型油菜中油821苗期根、茎、叶中分别提取总RNA,分离得到mRNA,利用SMART技术合成并纯化双链cDNA后建立甘蓝型油菜混合cDNA文库。以共转化法筛选与BnMAPK1相互作用的蛋白,对其分析与鉴定显示,BnMAPK1在生长发育、非生物及生物逆境、转录、蛋白合成及代谢、翻译及翻译后修饰等过程中起作用。研究结果为MAPKs级联,尤其是C族MAPKs的研究提供了新的视野,为甘蓝型油菜抗性的机理研究及分子育种奠定了重要的理论依据。展开更多
收获指数是一个重要的农艺性状,甘蓝型油菜的收获指数偏低,有较大的改良空间,研究油菜收获指数的遗传机理对该性状的改良具有重要的指导意义。本研究利用已构建的高密度遗传图谱对由高、低收获指数亲本衍生而来的包含186个株系的重组自...收获指数是一个重要的农艺性状,甘蓝型油菜的收获指数偏低,有较大的改良空间,研究油菜收获指数的遗传机理对该性状的改良具有重要的指导意义。本研究利用已构建的高密度遗传图谱对由高、低收获指数亲本衍生而来的包含186个株系的重组自交系进行收获指数的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)定位,2016—2018连续3年环境及最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)值共定位到12个收获指数相关QTL,分别位于A03、A05、A06、A07、A09、C04和C05_random染色体上,单个QTL解释的表型变异在1.27%~14.20%之间。同时,利用588份重测序自然群体对收获指数性状开展了全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),2016、2017、2019年及BLUP值共检测到6个显著关联位点,分别位于A09、C01和C03染色体上,其中2019年环境检测到的位于A09上的S9_25882060与S9_25961704重叠,且与2016年环境检测到的位于A09染色体上的S9_24834640位置接近,此外2016年环境下GWAS检测到的位点2016HI(S9_24834640)位于2017年环境下重组自交系群体定位的q2017HI-9区段内。对比前人研究,本研究获得的18个位点中有1个位点与收获指数相关位点重叠,有6个位点与产量相关性状位点接近。结合本课题组已有的转录组测序结果,在QTL区段及显著关联的SNP位点附近筛选出36个重点候选基因,这些基因主要涉及光合作用、跨膜运输、储藏物质合成及转录调控等。这些研究结果为甘蓝型油菜收获指数的遗传改良提供了重要的理论依据。展开更多
丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases,MAPKs)级联途径在植物的生长发育、分裂分化、细胞凋亡以及抗逆等多种生命过程中发挥着极其重要的作用。本研究从甘蓝型油菜中分离克隆了1个C族BnMAPK7基因的启动子,序列长度为16...丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases,MAPKs)级联途径在植物的生长发育、分裂分化、细胞凋亡以及抗逆等多种生命过程中发挥着极其重要的作用。本研究从甘蓝型油菜中分离克隆了1个C族BnMAPK7基因的启动子,序列长度为1612 bp,命名为ProBnMAPK7。启动子分析工具PlantCARE预测结果表明,ProBnMAPK7含有大量响应光照、激素、防御和损伤等相关顺式作用元件,包括ACE、MRE、ABRE、TGACG-motif和TC-rich repeats等。同时,我们对拟南芥及甘蓝型油菜MAPK7基因的表达模式进行分析发现,MAPK7对生长发育以及生物和非生物胁迫应答过程具有重要调控意义。将ProBnMAPK7逐步分段连接至pCambia1305.1-GUS表达载体筛选启动子的核心区段,GUS组织化学染色分析显示该启动子的核心区段定位于-467~-239 bp(ProBnMAPK7-rPE)。将核心区段3拷贝串联重复后整合至Y1H gold基因组,并进行AbA背景测试,结果显示AbA浓度为500 ng mL^(-1)时,ProBnMAPK7-rPE×3在酵母细胞中的本底表达被完全抑制。利用酵母单杂交技术对BnMAPK7的上游调控因子进行文库筛选,获得3个候选因子BnNAD1B(NADH dehydrogenase 1B)、BnERD6(early response to dehydration 6)和BnPIG3(quinone oxidoreductase PIG3-like)。表明BnNAD1B、BnERD6及BnPIG3蛋白可能通过结合ProBnMAPK7-rPE区段调控BnMAPK7的转录,使得BnMAPK7参与光合作用以及逆境胁迫应答等生物学过程,为进一步阐明甘蓝型油菜BnMAPK7基因的功能奠定了基础,也为MAPKs级联的研究提供了新的思路。展开更多
促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)级联参与植物多种生物及非生物胁迫应答过程,BnMAPK2属于MAPK级联途径最下游C族基因。本研究成功获得BnMAPK2超量表达(OE-MAPK2)和RNA干扰表达(RNAi-MAPK2)转基因甘蓝型油...促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)级联参与植物多种生物及非生物胁迫应答过程,BnMAPK2属于MAPK级联途径最下游C族基因。本研究成功获得BnMAPK2超量表达(OE-MAPK2)和RNA干扰表达(RNAi-MAPK2)转基因甘蓝型油菜,在干旱条件下,OE-MAPK2植株耐旱性增加,RNAi-MAPK2植株耐旱性降低。相关生理指标试验结果证明,在干旱胁迫下,BnMAPK2可减缓叶片脱水程度、促进植物体内脯氨酸积累、降低丙二醛含量,在干旱后期增加POD活性。比较干旱相关基因(P5CSB、SCE1)、BnMAPK2互作干旱相关基因(STRS2、CRL1)以及STRS2依赖ABA信号途径相关基因(RD22、MYC、SnRK2),在转基因植株和野生型植株中表达水平变化差异,结果表明,BnMAPK2可正向调控P5CSB、SCE1、CRL1、RD22、MYC、SnRK2的表达;负调控STRS2的表达,并且STRS2依赖ABA信号途径相关基因在OE-MAPK2植株中的表达变化趋势和strs2突变体中一致。由此推测BnMAPK2可通过调控植株体内渗透能力、叶片含水量、细胞膜和蛋白质结构稳定性、清除自由基、降低膜脂过氧化来增加植株耐旱性;还可通过与STRS2互作,负调控STRS2基因的表达,介导STRS2依赖ABA信号途径,增加植株的耐旱性。本研究为进一步阐明BnMAPK2基因的抗逆作用机制奠定了基础。展开更多
文摘提高油菜产量是保障国家粮油安全的重要举措。作物“源”“流”“库”理论表明,充足的光合产物(源)是高产的前提,而叶绿素是直接参与光合作用的物质,因此,选育高叶绿素含量的甘蓝型油菜是提高产量的重要途径。本课题组前期对全球收集的588份优异油菜种质资源进行5X重测序,获得385,692个高质量SNP标记。利用SPAD-502叶绿素仪于2018—2019连续2年测定苗期完全伸展的叶片叶绿素总量,结合获得的SNP标记进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),筛选与叶绿素含量显著关联的SNP位点。结果表明,2018年鉴定到5个显著关联的SNP位点,贡献率为5.51%~7.89%,其中S6_3493805位点贡献率最大;2019年检测到46个SNP位点,贡献率为7.29%~10.34%,其中S13_11413088位点贡献率最大。将显著关联SNP位点上下游各500 kb区间内的基因与参考基因组比对,初步筛选出2022个油菜基因。将其基因序列在拟南芥基因组内进行BLAST比对,结合前人已报道的拟南芥同源基因功能,筛选到23个候选基因,其中5个属于叶绿素合成途径同源基因。本研究结果为后续油菜叶片叶绿素含量的遗传改良奠定了基础。
文摘株高和一次有效分枝高度是与甘蓝型油菜结荚层厚度、收获指数紧密关联的重要农艺性状,有关株高的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)和全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)已有很多报道,但对一次有效分枝高度的QTL和GWAS定位以及候选基因筛选的研究报道较少。本研究利用已构建的高密度遗传连锁图对2016和2017年2个环境的186个株系组成的重组自交系群体株高和一次有效分枝高度及其最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)值进行QTL定位共检测到8个株高的QTL,分别位于A03、A04和A09染色体,单个QTL解释4.60%~13.29%的表型变异,其中位于A04染色体上的QTL(q-2017PH-A04-2和q-BLUP-PH-A04-2)在2017年和BLUP中均被检测到;检测到9个一次有效分枝高度QTL,分别位于A01、A02、A05、A09、C01和C05染色体上,单个QTL解释5.12%~19.10%的表型变异,其中q-2017BH-A09-1、q-BLUP-BH-A09-2和q-BLUP-BH-A09-3有重叠区段。同时,利用课题组前期完成的588份重测序自然群体进行全基因组关联分析,2年共检测到与株高显著关联的50个SNP位点和与一次有效分枝高度显著关联的12个SNP位点;根据SNP的物理位置,筛选出参与细胞增殖、细胞扩增、细胞周期和细胞壁活动的13个株高候选基因,以及参与赤霉素、亚精胺等合成代谢途径、核糖体组成和在光合、萌发等过程中有一定作用的一次分枝高度的11个候选基因,并利用荧光定量PCR技术验证候选基因在极端材料中的表达情况。本研究结果将为油菜株型改良及后续基因的功能研究提供理论依据。
文摘植物的丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinases,MAPKs)级联是生长进程中多种信号跨膜传递的共同通路,它可以将外源刺激转入细胞内并引发细胞应答。目前C族MAPKs在甘蓝型油菜中的研究报道还很有限。本研究通过1个甘蓝型油菜的C族BnMAPK1基因的生物学进程聚类分析发现,BnMAPK1可能参与蛋白磷酸化、生长素介导的信号途径、逆境应答、细胞周期及转录等过程。BnMAPK1具有369个氨基酸残基,其相对分子质量约为42.5 kD,其可溶性蛋白可在原核系统中被诱导表达。BnMAPK1的亚细胞定位结果显示,BnMAPK1主要在细胞核内表达。Bait质粒pGBKT7-BnMAPK1在酵母双杂交系统中无毒性及自激活活性。为深入研究BnMAPK1蛋白参与的生物学进程,从甘蓝型油菜中油821苗期根、茎、叶中分别提取总RNA,分离得到mRNA,利用SMART技术合成并纯化双链cDNA后建立甘蓝型油菜混合cDNA文库。以共转化法筛选与BnMAPK1相互作用的蛋白,对其分析与鉴定显示,BnMAPK1在生长发育、非生物及生物逆境、转录、蛋白合成及代谢、翻译及翻译后修饰等过程中起作用。研究结果为MAPKs级联,尤其是C族MAPKs的研究提供了新的视野,为甘蓝型油菜抗性的机理研究及分子育种奠定了重要的理论依据。
文摘收获指数是一个重要的农艺性状,甘蓝型油菜的收获指数偏低,有较大的改良空间,研究油菜收获指数的遗传机理对该性状的改良具有重要的指导意义。本研究利用已构建的高密度遗传图谱对由高、低收获指数亲本衍生而来的包含186个株系的重组自交系进行收获指数的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)定位,2016—2018连续3年环境及最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)值共定位到12个收获指数相关QTL,分别位于A03、A05、A06、A07、A09、C04和C05_random染色体上,单个QTL解释的表型变异在1.27%~14.20%之间。同时,利用588份重测序自然群体对收获指数性状开展了全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),2016、2017、2019年及BLUP值共检测到6个显著关联位点,分别位于A09、C01和C03染色体上,其中2019年环境检测到的位于A09上的S9_25882060与S9_25961704重叠,且与2016年环境检测到的位于A09染色体上的S9_24834640位置接近,此外2016年环境下GWAS检测到的位点2016HI(S9_24834640)位于2017年环境下重组自交系群体定位的q2017HI-9区段内。对比前人研究,本研究获得的18个位点中有1个位点与收获指数相关位点重叠,有6个位点与产量相关性状位点接近。结合本课题组已有的转录组测序结果,在QTL区段及显著关联的SNP位点附近筛选出36个重点候选基因,这些基因主要涉及光合作用、跨膜运输、储藏物质合成及转录调控等。这些研究结果为甘蓝型油菜收获指数的遗传改良提供了重要的理论依据。
文摘促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)级联参与植物多种生物及非生物胁迫应答过程,BnMAPK2属于MAPK级联途径最下游C族基因。本研究成功获得BnMAPK2超量表达(OE-MAPK2)和RNA干扰表达(RNAi-MAPK2)转基因甘蓝型油菜,在干旱条件下,OE-MAPK2植株耐旱性增加,RNAi-MAPK2植株耐旱性降低。相关生理指标试验结果证明,在干旱胁迫下,BnMAPK2可减缓叶片脱水程度、促进植物体内脯氨酸积累、降低丙二醛含量,在干旱后期增加POD活性。比较干旱相关基因(P5CSB、SCE1)、BnMAPK2互作干旱相关基因(STRS2、CRL1)以及STRS2依赖ABA信号途径相关基因(RD22、MYC、SnRK2),在转基因植株和野生型植株中表达水平变化差异,结果表明,BnMAPK2可正向调控P5CSB、SCE1、CRL1、RD22、MYC、SnRK2的表达;负调控STRS2的表达,并且STRS2依赖ABA信号途径相关基因在OE-MAPK2植株中的表达变化趋势和strs2突变体中一致。由此推测BnMAPK2可通过调控植株体内渗透能力、叶片含水量、细胞膜和蛋白质结构稳定性、清除自由基、降低膜脂过氧化来增加植株耐旱性;还可通过与STRS2互作,负调控STRS2基因的表达,介导STRS2依赖ABA信号途径,增加植株的耐旱性。本研究为进一步阐明BnMAPK2基因的抗逆作用机制奠定了基础。
