甘蓝型油菜茎秆倒伏、菌核病抗性遗传定位及候选基因分析

Rapeseed lodging and Sclerotinia can cause the yield loses, reduce seed oil content and unfavorable for the ongoing mechanical harvest. To figure out the lodging and Sclerotinia resistant gene by SNP genetic map QTL mapping, our research includes the stem lodging and Sclerotinia resistance, cellulose and lignin content analysis in one DH population. The research includes: 1) Construct the genetic map by SNP markers using the DH population originated from the cross of lodging line E54 and Zhongshuang11; 2) Two years Investigate of the lodging index, stem strength, Sclerotinia resistance, cellulose, hemicellulose and lignin content of the DH lines; 3) QTL analysis of the investigated traits using the SNP genetic map and screen the possible candidate gene based on the QTL results and the collinear of the SNP map and sequenced Brassicacea physical map; 4) Select 2-3 genes based on the candidate gene DNA sequence and mRNA expression analysis among the extreme traits lines; 5) RACE Cloning the selected 2-3 genes, construct the sense and anti-sense vector, and transform the lodging line and normal line. Investigate the transgenetic plants morphology, anatomy and the traits used in QTL analysis. Our researches focus not only the rapeseed lodging resistance, but also the Sclerotinia resistance and the related traits, the results can promote the lodging and disease resistance research in B.napus.

油菜倒伏及菌核病使油菜大量减产、降低种子含油量，同时也不利于国内逐步推行的机械化收获。本项目通过构建SNP图谱，对茎秆倒伏、菌核病抗性、纤维素和木质素组分等性状进行遗传定位，寻找抗倒、抗病候选基因。研究内容包括：1）利用SNP标记构建DH群体（倒伏材料E54×中双11号）遗传图谱；2）考察DH群体两个年份倒伏指数、茎秆强度、菌核病抗性、纤维素、半纤维素及木质素含量；3）根据SNP遗传图谱和考察性状进行QTL定位，通过遗传图谱与已测序芸薹属物理图谱共线性比较分析，筛选重叠QTL区段候选基因；4）对候选基因在极端表型材料中进行DNA序列和mRNA表达分析，从中筛选2-3个候选基因；5）RACE方法克隆2-3个候选基因，构建正义和反义表达载体，遗传转化茎秆倒伏材料和正常材料，考察转基因植株抗病、抗倒及纤维素组分等性状。本研究结果可为甘蓝型油菜抗倒、抗病遗传育种提供新理论和方法。

菌核病是我国油菜三大病害之一，严重影响我国油菜的产量和品质，每年在我国造成的损失高达5%~30%。倒伏不仅影响油菜产量及品质，还给机械化收获带来不便。木质素作为次生细胞壁中的大分子结构物质，在植物抵抗真菌侵染及抗倒伏时起到了非常重要的作用。.本项目在研究中利用了一个DH群体，一个RIL群体和一个自然群体，分别对其抗倒伏性状和木质素含量、木质素单体组分及菌核病抗性进行了性状考察和遗传定位。同时，对miRNA 在油菜菌核病抗性过程中的作用进行了探索。.对茎杆菌斑大小与木质素含量、单体G/S进行相关性分析，结果表明茎秆菌斑大小与木质素含量呈极显著负相关，与单体G/S呈显著正相关。结合SNP高密度遗传图谱对两年的RIL群体茎杆菌斑大小、木质素含量以及单体G/S进行QTL定位，共获得20个QTL，其中9个和菌核病抗性相关的QTL，3个和木质素含量相关的QTL，8个和单体G/S相关的QTL。.利用347份甘蓝型油菜，根据SNP基因型分析和茎秆菌核病接种结果进行全基因组关联分析，在A08和C06染色体分别检测到17个显著关联位点，A08显著SNP位点位于409Kb 单倍型区段，C06显著关联SNP位点前期报道的结果位置接近。.利用抗倒伏和易倒伏材料构建DH群体并进行SNP基因型分析，对倒伏性状相关性状在2016及2017年进行QTL定位。两个年份单株抗拉力检测到10个QTL位点，根鲜重7个QTL位点，冠部鲜重7个QTL位点，植株鲜重14个QTL位点，根冠比29个QTL位点，株高14个QTL位点。.甘蓝型油菜抗病种质资源茎秆接种菌核病后进行miRNA、转录组和降解组测序，共鉴定出77个已知miRNAs，它们分别属于30个miRNA家族。以未接菌（0h）以及接菌24h、48h后的甘蓝型油菜抗病和感病种质资源茎秆为样本，分析筛选差异表达miRNAs及其靶基因并对其进行qRT-PCR检测，共获得71已知miRNAs，它们分别属于28个miRNA家族。研究结果表明，miRNAs参与了甘蓝型油菜菌核病抗病防御过程。.根据QTL定位结果及表型分析，研究中筛选了影响与抗病相关的木质素单体含量的候选基因阿魏酸-5-羟化酶 (ferulate 5-hydroxylase，F5H)进行功能分析和转基因验证。