甘蓝型油菜抗菌核病主效QTL的图位克隆及功能分析

Rapeseed (Brassica napus) is one of the most important oil crops and plays a pivotal role in edible oil supply in China. Sclerotinia stem rot (SSR) is the most devastating disease of rapeseed, causing 10%～20% of yield losses every year in China. Breeding and cultivation of resistant varieties are the most efficient and economic approach to the control of SSR in rapeseed. However, there is no report yet on a SSR resistance gene being cloned in rapeseed, and the genetic and molecular mechanism for the variation in SSR resistance is still poorly understood. We have identified a major QTL, SRC6, which is the most stable and has large genetic effect for SSR resistance in rapeseed reported to date. We have constructed a near-isogenic line for SRC6. We plan to clone the SRC6 gene based on the progeny-test fine-mapping strategy, combining with parental re-sequencing, transcriptome analysis and candidate-gene association analysis. Comprehensive functional characterization, including gene expression, physiological and biochemical functions and gene regulatory network, will be conducted for the cloned gene. The study will provide new insights on the genetic and molecular mechanism of the SSR resistance, as well as valuable gene resource for molecular breeding of SSR resistance in rapeseed.

油菜是我国最重要的油料作物之一，在我国食用油供给中占有重要地位。菌核病是制约我国油菜生产最主要的病害，每年导致油菜产量损失10%～20%。培育抗（耐）病油菜品种是防治油菜菌核病最为经济有效的途径。目前还没有关于油菜菌核病抗性基因被克隆的报道，对其抗性差异的遗传和分子基础也不清楚。申请人前期在甘蓝型油菜中鉴定到一个遗传稳定、效应较大的数量性状位点（QTL）SRC6，并构建了近等基因系。本项目将在此基础上通过基于后代测验的精细定位策略，结合重测序、转录组分析和候选基因关联分析等技术分离SRC6，并对该基因的时空表达模式、生理生化作用及其调控网络进行全面的分析。本研究可为揭示油菜菌核病抗性的遗传机制和分子调控机理提供新知识，为油菜抗菌核病的分子育种提供有重要价值的基因资源，对有效开展油菜菌核病抗性育种有重要的理论意义和应用价值。

核盘菌引起的菌核病是甘蓝型油菜中毁灭性最严重的病害之一，可造成 10-20%的产量损失，在侵染严重的田间甚至达到 80%。因此，鉴定抗菌核病的遗传资源对培育抗性品种具有重要意义。目前还没有关于油菜菌核病抗性基因被克隆的报道，对其抗性差异的遗传和分子基础也不清楚。.本项目在前期基因定位的基础上，分离甘蓝型油菜中抗菌核病的一个主效数量性状位点SRC6，比较基因组发现BnaC.IGMT5.a 可能是该位点的候选基因。为了进一步明确该候选基因的功能，我们利用CRISPR/cas9 系统构建了候选基因突变体，获得了基因编辑的转基因油菜，目前正在进行该候选基因的功能分析；此外，根据已有研究报道，选择了其他抗病候选基因（NPR1和UFO）进行分析，并且得到了这些基因CRISPR/cas9转基因株系用来基因功能分析。同时我们构建DH群体，在三个不同年份鉴定到了 17 个参与 SSR 抗性的新 QTL。其中 3 个 QTL 能够在两年里检测到，分别为 SRA9a、SRC2a 和 SRC3a，它们可解释两年内的表型变异分别为 14.75%和 11.57%， 7.49%和 10.38%，和 7.73%和 6.81%。抗感系转录组分析发现R 系差异表达基因更多，表明 R 系与病菌互作反应更加剧烈。我们从 QTL 区域中鉴定到 36 个候选基因，这些基因在 R 系中均上调表达。此外，我们对 2 个极端抗病和感病的 DH 系进行了比较转录组和代谢组学分析，发现氨基酸生物合成和苯丙类生物合成与抗病途径有关。此外，我们在转录组和代谢组学中鉴定了精氨酸生物合成的作用，发现精氨酸生物合成在在所有时间点均显著富集。同时在另外一个DH群体中鉴定到了A2, A6, C2以及C8四条染色体上同时影响抗菌核病和花期的QTL。同时，我们对甘蓝型油菜中抗病和花期相关的所有的QTL进行整合分析，鉴定到4个共定位的QTL热点区域，分布在染色体A2, A3, C2以及 C6上。我们的研究结果反应了抗菌核病和花期之间遗传上的关联，这将有助于早熟和抗病育种策略的发展。.本研究可为揭示油菜菌核病抗性的遗传机制和分子调控机理提供新知识，为油菜抗菌核病的分子育种提供有重要价值的基因资源，对有效开展油菜菌核病抗性育种有重要的理论意义和应用价值。