油菜C2染色体一个早花主效基因的克隆与功能分析

Early maturity is one of the important objectives in rapeseed breeding. Finding and using key genes affecting rapeseed early maturity will speed up the process of early maturity breeding. In previous studies, by combining high throughput sequencing and map-based cloning strategy, a major gene controlling flowering time and maturity was fine mapped to a DNA region of approximate 95 kb on chromosome C2 of Brassica napus, with the materials of Brassica napus PolCMS restorer line R11 having early flowering time and maturity and its iogenic restorer line R15 with late flowering and maturity. Based on the above results, this study is going to isolate the gene by using fine mapping and bioinformatics analysis, together with complementation tests. Further, taking flowering regulation network in Arabidopsis as the reference, and using expression analysis, in situ hybridization and yeast two hybrid experiments to dissect the molecular mechanism of this gene in controlling flowering time in rapeseed. On one hand, the implementation of this project will obtain a gene with independent intellectual property rights which could be used for early maturity rapeseed breeding and functional markers of the candidate gene for breeding new early maturity varieties. on the other hand, it is very hepful for elucidating action model of flowering time gene in rapeseed, and will lay the foundation for discussing the conservation and variation of metabolic network for flower time in plant evolution.

早熟育种是油菜重要的育种目标之一，挖掘影响油菜早熟的关键基因并加以利用可加快早熟育种的进程。本课题组以一个冬前稳长、年后快发的早花早熟油菜Pol CMS 恢复系R11及其姊妹晚花晚熟恢复系R15为材料，采用高通量测序结合图位克隆的策略将一个控制油菜早花早熟的主效基因定位在甘蓝型油菜C2染色体95kb的物理区间内,本研究将以此为基础，进一步精细定位并结合生物信息学分析、遗传转化互补实验等完成该基因的克隆，并参考其在拟南芥开花调控网络中的作用模式，利用表达分析、原位杂交、酵母双杂交试验等验证其在油菜开花调控中的作用机理。本项目的实施一方面可获得具有自主知识产权的可用于油菜早熟育种的基因资源和用于早熟分子育种的功能标记，另一方面可辅助解析开花基因在油菜中的作用模式，为探讨开花代谢网络在植物进化过程中的保守与变异奠定基础。

甘蓝型油菜适时开花不仅影响着产量和品质，也决定了其对生态区域的适应性。因此，开花期是甘蓝型油菜育种的重要目标性状之一。本课题组前期以挖掘早花基因，开展早熟育种为目标，以一对NIL（R11和 R15）为材料，采用高通量测序结合图位克隆的策略将一个控制油菜早花早熟的主效基因定位在甘蓝型油菜C2染色体上。本项目在此基础上，通过图位克隆结合候选基因的策略成功克隆了开花期QTL qFT-C2，qFT-C2的目的基因为BnaC02g00490D，与拟南芥AT5G10140（FLOWERING LOCUS C）高度同源，因此将其命名为BnFLC.C2。在本项目研究的过程中，从另一对开花期显著差异的NIL材料（L06和L04）后代群体中定位并克隆了另一个开花期QTL qFT-A2，qFT-A2目的基因为BnaA02g00370D，也与拟南芥AT5G10140（FLOWERING LOCUS C）高度同源，因此将其命名为BnFLC.A2。通过转基因互补验证，启动子GUS分析，亚细胞定位及其目的基因对下游基因的调控分析，表明BnFLC.C2和BnFLC.A2与拟南芥FLC具有高度保守的调控花期的功能。进一步对四个亲本材料R11，R15，L06和L04进行了重测序分析，同时结合目标基因比较测序分析，我们发现位于A2 染色体的插入突变基因型Bnflc.a2是导致L06比L04早花的主要原因，而Bnflc.a2所在区段将C2染色体BnFLC.C2基因所在区段进行的亚基因组的同源重组交换（HE）是导致R11比R15早花的主要原因。495份自然群体分析表明，由HE导致形成的A2和C2位点仅包含Bnflc.a2拷贝的材料是一种稀有突变，对开花期变异有着显著的影响。针对该突变开发了特异的分子标记并进行了核心恢复系7-5R，L-135R等多个材料的早熟改良。该项目的研究克隆了可用于油菜生育期改良的基因BnFLC.C2和BnFLC.A2，证实了开花基因在油菜与拟南芥中调控功能具有高度的保守性，并证实HE是导致甘蓝型油菜开花期变异的重要因素之一。