QTL作图结合GWAS策略挖掘芥菜型油菜硫代葡萄糖苷代谢的主效调控基因

Glucosinolates are important secondary metabolities of Brassica juncea (AABB, 2n = 36), which is meaningful for the research of insect resistance, special condiments and drugs of cancer. In this study, The GBS technology will be used to re-sequence all the lines of the selected NIL mapping populations with 167 F5 lines and the natural population with 150 lines, and the obtained sequences will be used for exploiting the SNP markers. Then we could use the SNP markers to do QTL mapping and GWAS analysis, combining with the phenotypes of 4 environments, for mining the main functional genes for methobolic regulation of glucosinolates in Brassica juncea. The cloned genes would be used for developing the allele-specific markers. The work would promote the research of mechanism of genetic regulation, accelerating the molecular breeding process and facilitating the utilization of special biological functions of glucosinolats.

硫代葡萄糖苷(Glucosinolates, 简称“硫苷”)是芥菜型油菜 (Brassica juncea, AABB, 2n = 36)重要的次生代谢产物，对抵御病虫害的侵染、特色调料的应用及人类抗癌药物的开发具重要意义。本研究将利用GBS测序技术对选取的芥菜型油菜的重组自交系作图群体（包含167个F5株系）及一个自然群体（包含150份种质材料）的全部株系进行全基因组重测序，测序序列将用于开发高通量的SNP遗传标记。开发的大量SNP标记将用于构建芥菜型油菜高密度遗传图谱及种质材料分析的基因型数据，并结合4个环境条件下硫苷含量的检测结果，分别对调控芥菜型油菜种子硫苷含量的主效基因进行精细定位、GWAS分析和调控基因的挖掘工作。同时开发硫苷调控的等位基因特异标记。本研究对于揭示芥菜型油菜硫苷的生物合成途径及遗传调控机理，加速其分子育种进程，应用硫苷独特的生物学功能均具有重要的意义。

芥菜型油菜 (B. juncea, AABB, 2n=36) 是世界第二大芸薹属油料作物，在世界范围内被广泛种植，而我国是世界公认的起源中心之一，包含丰富的生态型，具有抗病、抗旱、抗虫等重要的特性，可用于食用油、特色调料及蔬菜等用途。本课题的主要研究内容：(1)创建了一个包含167个株系的芥菜型油菜重组自交系作图群体(QTL定位)，并筛选包换150份微核心种质的资源材料(GWAS分析)；(2)作图群体及微核心种质群体重测序及SNP标记开发；(3)创建芥菜型油菜高密度遗传图谱，测定两个群体的硫苷性状，并进行QTL定位及GWAS分析工作；(4)结合QTL定位、GWAS分析及转录组测序筛选鉴定硫苷调控的主效基因；(5)结合研究结果对硫苷代谢调控机制进行初步解析。主要的结果及主要成果为：(1) 通过GBS技术创建一张芥菜型油菜的高密度遗传图谱，并完成预期目标；(2)采用QTL定位结合GWAS途径挖掘出一批在不同环境条件下效应值较高的硫苷调控基因，并完成预期目标；(3)初步提出一套硫苷代谢调控的理论，并完成预期目标；(4)期间共发表SCI论文2篇，中文核心期刊论文11篇，教改论文2篇，普通英文文章3篇，提交会议摘要7篇，并完成预期目标。本研究筛选出了部分低硫苷育种材料，同时初步研究清楚了硫苷调控的机制，并获得了调控硫苷的机制及关联标记。该研究对于低硫苷材料筛选，应用高硫苷优异基因资源育种，未来的分子设计育种具有一定的参考价值。未来研究将进一步关注芥菜型油菜硫苷合成机制，进一步解析硫苷运输机制，解析芥菜型油菜的防御机制，为植物生物防控提供途径。