甘蓝型油菜种子不同组织含油量无损三维检测及其形成的分子机理研究

Increase the oil content is the main research project in rapeseed breeding. In the traditional research, the research on the oil content was just focus on oil content in the whole seed. But the oil content in different tissues of rapeseed (seed coat, outer cotyledon, inner cotyledon and hypocotyl, etc.) was varied a lot, and the molecular basis of different tissues of seed remained unclear, which makes it difficult to increase oil content in future. So, genetic dissection of the accumulation mechanism of oil content in different tissues of rapeseed seeds is of great importance for increasing the total oil content by specifically increasing the oil content in different tissues. This project intends to utilize the non-invasive and 3D imaging method to analysis the seed oil content and the oil distribution in different tissues of rapeseed in DH population, and accurately identify the tissue-specific QTLs and commen QTLs. By using comparative genomics to identified the genes in QTL region combined with the differentally expressed genes that obtained through the transcriptomes of different tissues at different developmental stages, the tissue common and tissue specific genes would be selected and performed function analysis at last. The research would be laid the foundation for revealed the molecular biology basis of oil accumulation in different tissues of rapeseed and to increase the oil content of rapeseed seeds in future.

提高油菜种子含油量是主要育种目标之一，传统关于含油量研究只是针对整粒种子进行，但油菜种子不同组织（种皮、外子叶、内子叶、胚轴等）的含油量存在较大差异，且这些差异产生的分子生物学基础还不清楚，这对进一步提高含油量造成了困难。对油菜种子不同部位油脂含量进行无损检测和三维成像分析并进行进行QTL解析，这对针对性提高油菜种子不同部位的含油量进而提高种子的总含油量十分重要。本项目拟利用基于核磁共振的非损伤性种子油脂含量检测技术和三维成像技术对定位群体种子各组织油脂分布和含油量进行分析和QTL定位，以揭示不同组织特异QTL位点和共有QTL位点，比较基因组分析QTL区间可能存在的基因并结合通过转录组获得的种子不同组织的差异表达基因，最终确定油菜种子各组织共有和组织特异的基因并进行基因功能分析。本研究将会为揭示油菜种子不同组织含油量形成分子生物学基础和进一步提高油菜种子含油量奠定基础。

提高油菜种子含油量是主要育种目标之一，传统含油量研究只是针对整粒种子进行，但种子不同组织部位含油量存在较大差异。对油菜种子不同部位含油量形成机理进行遗传解析对提高油菜种子含油量十分重要。本项目首先利用核磁共振的非损伤性种子油脂含量检测技术对高、中和低含油量的种子进行了扫描，并利用Amira 5.4.0 软件获得了油菜种子油脂分布的三维可视化方法，并将各组织部位实际含油量和可视化信号强弱结合起来。在油脂可视化模型建立的基础上，对KN DH定位群体不同株系种子的不同组织部位含油量进行了检测，利用高密度遗传连锁图（包括3207个标记）对外子叶、内子叶、胚轴和种皮的含油量进行了进行了QTL扫描，共鉴定到35不同组织含油量QTL，最高可解释13.76%的表型变异。元分析显示：14个QTL只控制某一特定组织的MO/TO（组织特异性QTL），如uqA9-3 和uqA9-4是种皮特异QTL位点，uqA10-1和uqA10-2是外子叶特异QTL位点，uqC3是控制胚轴MO的特异的QTL。同时，对低油品系 KenC-8 和高油品系 N53-2 花后24和33天种子的外子叶、内子叶、胚轴及种皮进行了转录组分析。结合前述获得的组织特异QTL区间的候选基因比较分析发现，在控制含油量主效QTL区间共找到了86个和油脂代谢紧密相关候选基因。在外子叶和内子叶共定位的QTL区间内有3个相关基因，CAC2，KCS17和FAE1直接调控脂肪酸合成和三酰甘油代谢（TAG）；同时控制ICMO、OCMO和WSMO的uqA8-1区间内有候选基因BnaA08g11140D和 BnaA08g11130D；在uqA8-1置信区间内有涉及到磷脂酶、脂肪族木栓质合成，脂肪酶、鞘脂合成、脂肪酸延长、表皮蜡质合成的10个基因。其中54个候选基因位于单一组织的QTL区间内，这意味着这些基因可能特异参与以前没关注到的调控不同组织油脂积累的途径。最后，选择相关的候选基因（BnaA09g48250D，BnaC06g28700D和BnaC06g28770D）进行了功能验证，结果显示：超表达BnaA09g48250D （该基因在内子叶和外子叶中的表达量远高于胚轴和种皮）可使含油量提高4.90% ~ 9.46%。本项研究揭示了油菜种子不同组织含油量形成分子生物学基础，为进一步提高油菜种子含油量和分子标记辅助选择育种奠定了基础。