油菜抗裂角主效QTL的图位克隆及功能分析

Pod shatter resistant of rapeseed is one of important agronomic traits conducive to harvesting machinery and affecting harvest yield. After the genetic mapping result, one main effect QTL (qSRI.A9.2 R2=38%) of pod shatter near isogenic lines was constructed by backcrossing and molecular marker assisted selection method. Net step will focus to clone key target gene by position cloning method. The gene expression experiment of the important candidate genes were carried out. The full length of the candidate gene was cloned and the transgenic vector was constructed for transgenic functional verification. For the further gene cloning within the natural population lines, the gene allele variation will be got by comparing extreme easy shattering and resistance lines. It could infer to the optimal resistance alleles which will help for the design of the strategy of genetic improvement on main rapeseed cultivated varieties by CRISPR/Cas9 method. The research result will lay the foundation on regulation mechanism of the rapeseed pod shattering mechanism, which also can provide an excellent gene source in rapeseed for molecular breeding.

油菜抗裂角性是影响机械化收获效率和最终产量的重要农艺性状之一。本项目在前期定位的抗裂角主效位点基础上，利用回交和分子标记辅助选择结合表型鉴定的方法，构建抗裂角主效QTL(qSRI.A9.2，贡献率38%)的近等基因系，图位克隆目标位点下的关键抗裂角基因。对重要候选基因进行基因表达和功能验证，构建转基因载体进行油菜的遗传转化，进一步验证和明确该主效抗裂角基因的功能。并用自然群体材料进一步对该基因进行克隆，分析极端抗和不抗裂角材料之间该基因的等位基因变异，解析其最优抗性等位变异，并设计在现有主推品种中的CRISPR/Cas9遗传改良策略。研究结果可为油菜角果开裂机理的调控机制研究奠定基础，同时可为甘蓝型油菜抗裂角分子定向育种提供优异的基因源。

油菜是我国第一大油料作物。油菜不仅能提供健康菜籽油，还能提供功能型菜薹、蜜用、饲用、肥用、休闲观光等多方位价值。目前制约我国油菜产业进一步发展的是机械化程度不高，缺少适合于机械化收获的抗裂角油菜品种。项目前期筛选鉴定裂角抗性高的油菜资源材料R1，随机碰撞法检测其抗裂角系数分别为0.70，是一般对照材料裂角抗性的 10 倍左右。目前本项目已经通过遗传定为和图位克隆的方法，克隆到A9连锁群上两个紧密连锁QTL下的裂角功能基因，分别是BnSHP1.A9和BnNAC2，BnSHP1.A9基因的抗性来源主要是启动子区间插入一个大片段的反转座子，提高该基因转录起始区间整体的甲基化水平，抑制了该基因的表达，提高了抗裂角性。而BnNAC2基因是因为第二外显子有一个单简基的确失产生移码突变，导致该基因的提前终止。这两个基因都对角果的end b层细胞产生左右，降低细胞壁木质化程度，抑制角果开裂。已发表一篇top研究论文，另外一篇研究论文已整理初稿，拟今年投出；并获得了两项基因特异性分子标记专利，并以第4完成人获得一项省科技进步二等奖。利用这些分子标记辅助选育创制出含多个抗性位点的亲本材料R12等，配制出中抗裂角杂交种“大地279”，亩产比对照品种增产7.83%，含油量47.34%，解决了我国缺乏抗裂角性油菜品种的问题，为培育更多裂角抗性好、产量高的油菜品种、推进我国油菜生产机械化进程提供了技术支撑。