基于超高密度SNP单倍型图谱的油菜开花基因网络解析

Brassica napus is one of worldwide important oil crops. 90% rapeseeds in China are planted in Yangtze River Basin and require living through the winter but flower earlier with high yield. We had resequenced 238 lines (including 21 typical European winter rapeseed, 63 Canada and Australia spring rapeseed and 154 China varieties) and indentified 35 million SNPs and 0.6million InDels. The study here will construct firstly an ultra-dense haplotype map based on accomplished sequencing data to identify all known genes contributing to flowering time in B. napus. Genome-wide association study and candidate gene approach will be then performed to indentify all loci and corresponding genes related to flowering time. Together with the transcriptome analysis and the investigation on sequence variation of those loci in three different ecotypes, a gene network controlling flowering time in B. napus will be finally constructed and the genes or gene combinations for different ecotypes differentiation will be also revealed. The results will be useful for rapid breeding of varieties with suitable flowering time for different regions or different cropping system by such marker assistant selection or whole genome selection.

甘蓝型油菜是重要的油料作物，我国90％油菜种植区域分布在长江流域各省，要求种植的品种既能够安全越冬，又要兼具高产和早熟的特点。课题组对238个代表性甘蓝型油菜品种（包括21个典型欧洲冬油菜品种、63个来源于加拿大、澳大利亚等地的春油菜品种和154个来源于中国各地的油菜品种）进行了重测序，获得350万个高质量SNP和60万个InDel标记。本项目中，我们拟对重测序数据进行分析，获得全基因组高密度单倍型图谱，挖掘甘蓝型油菜基因组中全部开花相关基因，并对开花期进行全基因组关联分析和候选基因关联分析，鉴定与开花期显著关联的标记位点及其所对应的开花基因，分析这些位点在冬性、春性和半冬性油菜中的分化，结合不同生态类型代表性油菜品种转录组分析，构建调控油菜开花期的基因网络，揭示决定甘蓝型油菜生态型形成的关键基因或基因组合，为快速选育适合不同生态地区和不同耕作制度的品种服务。

我国90％油菜种植区域分布在长江流域各省，要求种植的品种既能够安全越冬，又要兼具高产和早熟的特点，因此我们必需对油菜开花时间的遗传基础有一个全面认识与了解。本研究中我们对238份代表性甘蓝型油菜品种（包括21个典型欧洲冬油菜、63个来源于加拿大、澳大利亚等地的春油菜和154个来源于中国各地的油菜）进行了不同生长环境下的开花期调查、重测序分析、全基因组开花期的关联分析、亚群受选择分析、三种生态型典型材料春化前后转录组分析等工作，在此基础上对鉴定到的决定开花时间的重要位点进行了系统的功能分析并开发了相应的分子标记。. 基于重测序数据我们获得了350万个SNP和60万个InDel标记。我们同时还鉴定到油菜基因组中有1182个开花相关基因。以此为基础，238份油菜可以明显划分为三个亚群，分别对应于冬油菜、半冬性油菜与春油菜。关联分析与亚群选择分析分别鉴定到19个与开花期显著关联的位点（春环境下15个，冬环境下4个，BnaA10.FLC为重要候选基因）及87个受选择的开花基因位点（冬油菜49个、春油菜25个、半冬性油菜13个），包括BnaA3.FRI、BnaA10.FLC及BnaA10.CO。转录组分析表明BnaA10.FLC、BnaA3.FLC.b与BnaA2.FLC三个基因的表达与三种生态型密切相关。功能分析表明，BnaA3.FRI等位基因的氨基酸序列改变会导致蛋白的功能弱化进而影响开花时间；BnaA10.FLC在不同材料中氨基酸序列保守，但由于启动子区或外显子区有不同转座子的插入而导致表达发生改变，进而导致对春化的需求不同并最终影响开花时间。值得一提的是冬油菜BnaA10.FLC启动子区MITE类转座子的插入起到了增强子的作用；冬、春性油菜中的BnaA10.CO等位基因都具有促进开花的作用，但是冬性油菜中的BnaA10.CO等位基因的促进开花功能强于春性油菜中的等位基因。. 总之，尽管甘蓝型油菜基因组中有上千个与开花调控相关的基因，但春化需求主要由BnaA10.FLC、 Bna A2.FLC与 BnaA3.FLC.b三个基因的表达量来决定。另外，冬油菜BnaA10.FLC在功能上强于春性油菜的，在满足春化需求的前提下可以促进油菜的开花进程。因此，这个位点对于长江流域早花油菜的品种选育具有重要意义。