基于光周期反应构建甘蓝型油菜广适性品种的分子模型

The adaptability of crop cultivars is a kind of response for genotypes to the environment, which determines their suitable areas for cultivation. The adaptability of Chinese canola cultivars mainly depends on the photoperiodic responses, and the haplotypes related to the photoperiodic pathway in different cultivars have various responses to different photoperiod. Here, we are planning to use Bing 409, the restorer line of the wide adaptable hybrid “Huayouza 62”, and its derivative DH and RIL populations as materials, to map the candidate genes associated with photoperiodic responses by integrating the functional genomic information in Arabidopsis thaliana. The results will combine with the flowering data from a natural population containing 523 canola cultivars and two TN-derivative populations, to analyze the molecular mechanisms of photoperiodic responses for different haplotypes, and to construct a molecular model for breeding wide adaptable canola varieties. The researches will not only further enrich the genetic information of photoperiodic controlled genes in Arabidopsis, but also lay the theory foundation for resolving the rapeseed adaptive evolution; in the meantime, the establishment of the molecular model will have practical implications for canola breeding.

品种的适应性是作物基因型对环境的适应程度，决定了该品种适宜种植的区域。我国甘蓝型油菜品种适应性的主要取决于品种的光周期反应，不同品种中参与光周期调控基因的不同单倍型对光周期反应也不相同。本项目以广适性品种“华油杂62”恢复系丙409为材料，结合拟南芥功能基因组信息，通过DH群体和RIL群体，定位与广适性相关的候选基因；利用523份油菜自然群体和TN群体开花相关数据，解析光周期途径相关基因不同单倍型对于光周期反应分子机理，建立广适性油菜品种选育的分子模型。相关研究结果，不仅能进一步丰富了拟南芥光周期途径相关功能基因的遗传信息，而且为解析油菜适应性进化历程奠定了一个良好的理论基础；同时广适性油菜品种选育分子模型的建立，对油菜大品种的选育具有重要的实践意义。

品种的适应性是作物基因型对环境的适应程度，主要取决于品种的开花特性，它决定了该品种适宜种植的区域。其中品种的光周期反应是影响我国甘蓝型油菜品种适应性的主要因素之一，不同品种对光周期反应和光周期的敏感性不同。本研究以对光周期敏感的丙409和对光周期不敏感的中双8号为亲本，构建了包含148个株系的DH群体，并完成了遗传连锁图的构建。结合DH群体在不同纬度地区多年多点的开花期数据，进行开花期和光周期敏感性QTL的分析。在开花期QTL中，位于A02、A03和C08染色体上的主效QTL能在至少两个环境中检测到，其中A03上的主效QTL能够在所有短日照环境中检测到，C08上的主效QTL除了在15WH环境中检测不到外，其余环境中均能检测到。在四个光周期敏感性的QTL中，有两个位于A02和C08染色体，与上述相同染色体上的开花期主效QTL重叠。通过亲本在长短日照下，一天中多个时间点的叶片取样做转录组测序，获得亲本中基因的表达和差异表达的情况，并对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。发现长短日照下差异表达基因的GO富集，都共同富集到了昼夜节律过程，这可能是导致亲本光周期反应差异的原因。通过QTL的定位结果结合差异表达基因在拟南芥中的注释信息，确定了开花期和光周期敏感性相关的候选基因，其中大部分候选基因位于开花调控的光周期途径。同时，利用495份甘蓝型油菜自然群体的基因型和开花期数据，进行开花期的全基因组关联分析，获得了166个与开花期相关的SNP和InDel位点。并结合前人已报道的开花期相关位点设计PCR标记，对甘蓝型油菜的生态型进行鉴定，目前已经获得了FRI、FLC、CDF1基因不同单倍型及其组合对生态型预测的分子模型。还研究了甘蓝型油菜中CO基因的功能，发现它与拟南芥中功能相似。我们的研究不仅丰富了甘蓝型油菜开花期和光周期反应的遗传结构，而且为解析甘蓝型油菜适应性进化历程奠定了理论基础，同时关于生态型预测分子模型的初步建立，为甘蓝型油菜广适性品种的选育具有重要的实践意义。