油菜生长素合成相关基因BnaA.YUCCA6调控分枝角度的机理研究

Branch angle is one of the most important agronomic traits for achieving ideal plant architecture in Brassica napus, which is closely related with high density planting and mechanized harvesting. After exploiting an F2 genetic segregation population constructed by two oilseed rape lines with different branch angle, QTLs and candidate genes for branch angle were screened by performing bulk segregant analysis combined with whole genome re-sequencing. We conduct classical QTL mapping method to verify the candidate interval based on Indel markers in one F2 population with 277 individuals. Transcript level, promoter activity as well as IAA content will be quantified in two parental lines to further confirm candidate genes. Transgenic plants of YUCCA6 gene modified by overexpression or genome editing technology in parental material will be obtained to functionally characterized candidate gene. Transcriptome sequence and enzyme activity analysis will also be explored to analyze the detailed mechanism of YUCCA6 gene in branch angle regulation by modulating synthesis of auxin. This project will not only provide theoretical basis on molecular mechanism of branch angle, but also provide genetic resource for development of oilseed varieties with improved plant architecture.

分枝角度是油菜理想株型的重要农艺性状，与高密度种植和机械化收割紧密相关。前期我们利用分枝角度差异极显著的材料构建了F2遗传分离群体，采用混合分组分析（BSA）和全基因组重测序方法筛选出分枝角度相关QTL和候选基因。本项目拟在此基础上，利用经典QTL定位方法在包含277份单株的F2群体中验证候选区间，比较候选基因在两亲本中表达量和序列的差异，分析亲本材料启动子活性及生长素含量的差异，确认候选基因；以分枝角度差异显著的亲本为受体，采用过量表达和基因组编辑手段，获得YUCCA6基因的转化植株，鉴定转基因材料中分枝角度的差异和生长素含量的变化，对克隆的基因进行功能验证；并进一步利用转录组测序方法鉴定转基因材料中相关基因表达差异，结合酶活分析与激素含量的测定，系统分析候选基因YUCCA6在生长素合成中的作用及其对油菜分枝角度调控的分子机理，为油菜的株型改良提供重要的理论依据和遗传资源。

随着油菜直播技术的大力推广，改良株型提高种植密度对提高油菜产量及实施机械化收割有重要意义。分枝角度是油菜理想株型的重要农艺性状，与高密度种植和机械化收割紧密相关。前期我们利用分枝角度差异极显著的材料构建了F2遗传分离群体，采用混合分组分析（BSA）和全基因组重测序方法筛选出分枝角度相关QTL和候选基因。本项目在此基础上，利用QTL定位方法在包含277份单株的F2群体中验证该候选区间。BnYUCC6基因在分枝角度小的材料中表达量显著高于分枝角度大的材料。本项目以分枝角度差异显著的亲本为受体，采用过量表达手段，获得BnYUCC6基因的转化植株，发现转基因材料中分枝角度的明显变小，证实BnYUCC6控制了油菜分枝角度。同时，我们发现将分枝角度调控候选基因BnYUCC6转化拟南芥后，植株表现出生长素过量、叶片卷曲和分枝角度变小的表型，同时转基因植株对干旱胁迫的抗性提高。BnYUCC6过量表达转化油菜后，植株表现出叶夹角变大、分枝角度变小，同时表现出开花时间推迟。对BnYUCC6转化油菜遗传转化植株干旱胁迫的抗性作了进一步分析，超量表达BnYUCC6提高了油菜幼苗抗旱能力，发现其主要是通过调节下游抗旱相关因子来提高抗旱胁迫。研究表明BnYUCC6蛋白定位于内质网中，并具有将IPA转化成IAA的酶活能力。为证明生长素合成途径在油菜分枝角度调控中的作用，本项目获取了油菜中所有BnYUCCA和BnTAR基因，分析各个基因保守结构域与组织表达规律，发现BnYUCCA和BnTAR基因具有很强的组织表达特异性。通过本项目的研究，我们证实了油菜BnYUCCA6基因调控了油菜分枝角度和抗旱水平。并且相关的研究结果证实，生长素合成路径在油菜中功能比较保守，同样存在两步法合成生长素，生长素合成相关基因调控了油菜分枝角度、植株发育和抗逆水平。本研究结果对于油菜株型以及抗逆改良具有重要意义。