基于高通量SNP芯片技术对油菜开花性状的全基因组关联分析

The proper anthesis is an important target trait of rape early-maturing breeding in the oil-rice-rice triple-cropping system region of southern China. The association analysis with flowering traits based on linkage disequilibrium (LD) could find the gene loci and the outstanding allelic genes affectting the flowering characters significantly, which makes a great deal of sence for uncovering the genetic basis and quickening the early-maturing rape breeding. In this study, a total of 350 inbred lines of Brassica napus with a wide range of flowering time variation and a wide geographical origin are chosen as experiment materials to combine the phenotypic dates of flowering traits in the group, detecting the gene loci effecting significantly the flowering characters and the outstanding allelic genes by the way of genome-wide association analysis based on high-throughout SNP chip. Moreover, the major loci and candidate genes will be mined by the way of in silico mapping and comparative genomics, and transformation test will be carried for the major genes, which might uncover the regulatory mechanism of flowering of Brassica napus. At the same time, we can identify a good number of SNP markers, it is sure that the SNP markers could be used to accelerate the early-maturing varieties breeding of Brassica napus fitting for the oil-rice-rice triple-cropping system region. The results also are expected to provide the technical support for the genetic improvement of the variety adaptability characters in order to extend the planting regions.

适宜的开花期是南方油-稻-稻三熟制地区早熟油菜育种的重要目标性状，对油菜开花相关性状进行基于连锁不平衡的关联分析，能够挖掘影响油菜开花的显著性位点和优异等位基因，这对揭示油菜开花的遗传机制和加快早熟油菜品种选育具有重要意义。本研究拟以我们前期筛选的350份遗传变异广泛，性状稳定的甘蓝型油菜自交系为材料，采用最新开发的油菜高通量SNP芯片技术对油菜开花性状进行全基因组的关联分析，寻找对油菜开花性状有显著影响的基因位点及优异等位基因，并通过电子定位和比较基因组学等手段挖掘油菜开花性状主效位点及位置候选基因，并进行功能验证，进一步揭示油菜开花的调控机制，同时明确一批与油菜开花性状紧密连锁的SNP标记，以这批标记进行标记辅助选择，研究结果对加快选育早熟油菜品种速度，以适合我国南方三熟种植模式，同时也可为我们有针对性地改良油菜品种的适应性，进而扩大油菜的种植区域提供技术保障。

适宜的开花期是我国南方稻-稻-油三熟制地区早熟油菜育种的重要目标性状，对油菜开花时间相关性状进行全基因组关联分析（Genome-wide association study GWAS) ，挖掘影响油菜开花时间的显著性位点和候选基因，对揭示油菜开花时间性状的遗传机制和加快早熟油菜选育具有重要意义。本研究采用SLAF-seq（Specific-Locus Amplified Fragment Sequencing）测序技术对300份甘蓝型油菜自交系进行了基因分型，并基于开发的201,187个群体SNP标记对油菜初花期、终花期、开花天数、成熟期等性状进行了GWAS分析。300份样品平均测序深度为6.27x，通过生物信息学分析获得1,197,282个群体SNP，基于MAF>0.05和完整度>0.80进行筛选，共得到201,817个SNP。依据开发的SNP标记对300份材料进行遗传多样性和群体结构分析。结果表明，群体结构分析可将所有材料分成9个亚群，所有材料的聚类分析和主成分分析结果基本与材料的生态类型一致，但春性材料夹杂在半冬性材料中，表明我国甘蓝型油菜品种存在春性和半冬性材料间的频繁杂交。LD （linkage disequilibrium）( r2=0.1)分析显示，甘蓝型油菜AC基因组的衰退距离为298.95kb，A亚基因组的衰退距离为42.99kb，远小于C亚基因组的衰退距离（1455.28kb），表明在我国甘蓝型油菜品种选育中渗透了较多的白菜型油菜资源。采用GLM和MLM两种模型进行GWAS分析，共探测到与初花期、终花期、开花天数、成熟期等性状显著关联的131个SNP位点。其中40个显著性SNP位点所在QTL区域与前人研究结果一致。进一步对显著关联性状的SNP位点的表型效应进行分析，找到35个油菜早熟优异等位基因变异，并鉴定了19份携带10个以上早熟优异等位基因的典型材料。在显著性SNP所在LD区间内（r2 >0.6）或两侧100Kb范围内搜寻候选基因，并通过BLAST比对和功能注释分析，共找到57个油菜开花时间相关候选基因，这些基因与39个拟南芥已知开花时间基因同源。研究结果为揭示油菜开花时间基因调控网络和早熟油菜的分子标记辅助选择育种提供了理论依据。通过本项目实施，发表论文7篇（SCI 2篇，核心期刊5篇），申请专利2项，培养硕士研究生1名。