芥菜型油菜千粒重性状的QTL定位研究

Brassica juncea is one of the main oilseed crops, widely cultivated in the western plateau of drought agricultural region and the northern arid climate region in China. As compared with Brassica napus, Brassica juncea has greater tolerance to heat, drought, barren soil, and enhanced resistance to pod shatter, blackleg fungus, Leptosphaeria maculans, high temperature at the late growth stage. Therefore, Brassica juncea is receiving more and more attention of breeders. The thousand seed weight (TSW) is one of the important components of yield per plant in the rapeseed and has significant positive correlation with yield per plant. Therefore, if QTL for thousand seed weight (TSW QTL) in Brassica juncea is identified and markers closely linked to TSW QTL are obtained, it will lay the foundation for revealing the mechanism of seed weight formation in Brassica juncea and Brassica species. Furthermore, markers closely linked to TSW QTL can also be used to improve the varieties by molecular marker-assisted selection. In this study, X568, the variety with high seed weight, and X396, the variety with low seed weight, will be used as parents to construct a recombinant inbred line (RIL). Highly dense genetic linkage map will be constructed by high-throughput sequencing. QTL mapping will be carried out using the genotype and phenotype of individual RIL. TSW QTL will be further fine mapped by QTL-seq and the overlapping candidate region of the major TSW QTL will be identified. A number of new SNP and Indel markers closely linked to the major TSW QTL will be developed based on the sequence information from the Brassica juncea genome and screening of the candidate gene for the major TSW QTL will be performed.

我国芥菜型油菜主要分布在西部高原干旱农业区和北方干燥气候区，包括地处欧亚大陆干旱地带的新疆和内蒙古春播产区以及西南高原的云贵秋播产区。具有更强的耐热性、耐旱性、耐瘠薄土壤、生育后期能耐高温、抗裂角性、抗黑胫病及抗茎基溃疡病菌等优点，越来越受到育种家的重视。千粒重作为构成油菜单株产量的三大因素之一，与单株产量呈显著正相关。因此，获得芥菜型油菜千粒重的主效QTL及与其紧密连锁的分子标记，不仅对揭示芥菜型油菜及芸薹属作物粒重形成的分子机理奠定基础，而且通过分子标记辅助选择对芥菜型油菜品种改良具有十分重要的意义。本研究以大粒芥菜型油菜品系X568和小粒芥菜型油菜品系X396为亲本，构建重组自交系群体；通过高通量测序手段构建高密度遗传连锁图谱和QTL-seq两种方法对千粒重进行QTL定位，找到千粒重主效QTL的重叠候选区间；并加密开发与主效QTL紧密连锁的SNP和Indel标记，筛选候选基因。

芥菜型油菜作为三种油菜栽培类型之一，拥有丰富的遗传资源和许多优良的农艺性状，例如黄籽、耐干旱、耐高温、耐瘠薄、抗裂角、生育期短、对病虫害具有一定抗性等，因而在我国西南和西北干旱地区广泛种植，是这些地区油料制品的主要来源。千粒重作为构成油菜单株产量的三大因素之一，其与单株产量呈显著正相关。另外，种子大小与含油量和蛋白质含量也密切相关。因此，要想提高芥菜型油菜的产量和改良其品质而发展旱地农业，有必要对芥菜型油菜千粒重形成的遗传机理进行研究。本研究以大粒芥菜型油菜品系X568和小粒芥菜型油菜品系X396为亲本，构建了包含221株系的重组自交系群体（RIL）；通过简化基因组测序，构建了由1909个bin组成的芥菜型油菜的遗传图谱，每条染色体平均有106个bin，平均 bin密度为0.832cM，bin的最大间隔为 1.664cM；在5个环境下对RIL群体的千粒重性状进行考察，并通过QTL分析共获得22个千粒重（TSW）QTL，分别分布在 A01、A02、A09、B02和B07等5条染色体上，单个QTL位点可以解释4.09%~12.79%的表现型变异；通过meta分析，获得了5个控制千粒重（TSW）的一致性QTL（cqTSW-A01、cqTSW-A09-a、cqTSW-A09-b、cqTSW-A09-c 和cqTSW-B02），分别解释6.92%、7.14%、10.53 %、6.25 %和 9.60 %的表型变异，其分别分布在A01、A09和B02等3条染色体上；其中分布在A09染色体上的一致QTL cqTSW-A09-b可以解释10.53 %的表现型变异，其加性效应为0.18，有利等位基因来源于母本X568，且可以在4个环境中同时被检测到；开发了与主效一致QTL cqTSW-A09-b紧密连锁的SSR标记18个,可以用于下一步精细定位群体的构建。这不仅为揭示芥菜型油菜及芸薹属作物粒重形成的分子机理奠定基础，而且通过分子标记辅助选择对芥菜型油菜品种改良具有十分重要的意义。