油菜次生休眠性状的生态遗传分析及其介导的基因扩散风险评估

Ecogenetic analysis of secondary dormancy in rapeseed and risk assessment of its role in gene flow In rapeseed production area, a large amount of rape seeds are shattered in soil during the harvest season to form seed bank and they will germinate under favorable conditions, and cause the problem of volunteer plants and contamination of seed purity. Secondary dormancy of seeds is responsible for the persistence of soil seed bank and volunteers, and it is also the causal factor of the gene dispersal from transgenic rape. Better understanding of rapeseed secondary dormancy will benefit for the quality management in rapeseed production and for the safety management of commercialized transgenic rapeseed. We have studied the secondary dormancy in rapeseed through the previous youth project supported by the National Foundation of Natural Sciences, and have found the special rapeseed germplasms that are strong and weak in secondary dormancy. We have constructed chromosome substitution lines under a genetic background of week secondary dormancy and facused the candidate genes responsible for secondary dormancy. This application is aimed to figure out the genetic mechanisms and the mechanisms of environmentally induced expression for rapeseed secondary dormancy, and to investigate the possibility of gene dispersal and introgression from rapeseed to its relative species., This study will play an important role in regulating dormancy, controlling volunteers, and preventing gene flow. Moreover, it will benefit the ecological safety assessment and management of transgenic rape.

在油菜产区，由于收获季节种子大量落粒并且地下种子库持续存在，地下种子一旦条件适宜便发芽长大，成为杂草和污染源。次生休眠是导致油菜地下种子库长期存在和自生苗繁衍的根本原因，也是造成转基因油菜基因扩散的重要原因。当前，缺乏对油菜次生休眠特性的认识已经成为影响我国油菜生产质量和转基因油菜产业化进程的一个重要瓶颈。通过青年项目的实施，筛选出可稳定遗传的次生休眠特强和特弱的油菜品种，构建了以弱次生休眠品种为背景的染色体代换系，遴选出了次生休眠候选基因。基于青年项目取得的研究成果，本项目拟在分离鉴定油菜次生休眠基因的基础上，深入阐明次生休眠性状的遗传控制机制与环境诱导表达机制，分析次生休眠性状在油菜与近缘种间杂交-渐渗规律，评估种子次生休眠介导的基因扩散风险。研究结果对于调控油菜种子休眠、控制自生苗危害、预防种子基因扩散等具有重要意义，同时也将为我国转基因油菜的生态安全评价与管理提供科学依据。

油菜自生苗的发生与危害已成为油菜生产和转基因安全管理中的一个非常棘手的问题。次生休眠特性作为油菜地下种子库长期存在和自生苗繁衍的根本原因，也是造成油菜种子基因扩散的重要原因，对此应该引起特别关注。油菜种子基本不具有初生休眠能力，但具有较强的次生休眠能力，明确油菜种子次生休眠的发生机制，可以为人工调控油菜种子休眠特性提供理论依据。. 本项目在前期工作基础上，以弱次生休眠油菜品种为背景，构建了500余份BC2F6 株系和与之对应的BC1F7染色体代换系等高世代遗传群体，并开发分子标记，构建了群体的遗传连锁图谱；通过优化转录组实验设计和再次测序分析，分离鉴别油菜次生休眠相关基因，并进一步从遗传、生理、环境以及与近缘种间的杂交-渐渗等方面解析油菜次生休眠的发生机制。通过项目研究，还证实了吲哚-硫代葡萄糖苷偶联的生长素合成在次生休眠诱导过程中发挥重要的作用，外源施加高浓度生长素能够促进油菜次生休眠的发生；解析了次生休眠相关基因BnaMFTs的环境诱导机制，其转录水平受脱落酸等激素和环境因子的诱导。相关成果为调控油菜种子休眠、控制自生苗危害、预防基因扩散以及我国转基因油菜的环境安全管理提供了科学依据与理论指导。. 本项目已发表SCI论文1篇（Plant Breeding，2018），1篇SCI论文小修后接收（Journal of Integrative Agriculture）；另有一篇论文投稿Plant Molecular Biology （IF=3.8），两次返修后因项目组研究需要暂时未提供实验材料的部分信息，被Springer主动转移至BMC Plant Biology （IF=3.9），目前正在审稿。本项目研究过程中，建立了大量的染色体代换系等次生休眠高世代遗传群体，项目组从中筛选出若干个次生休眠特弱、特强的优质油菜新品系，目前正在积极申请油菜新品种认定。项目执行期间，参与制定转基因油菜环境安全评估国家标准2项。此外，由本项目组牵头的“转基因油菜环境安全评价与转基因检测技术”荣获2018年度中国商业联合会科学技术奖一等奖。