油菜种子萌发相关性状的遗传及QTL定位分析

摘要

油菜是中国最重要的油料作物之一，约占全球产量的20％。传统的油菜种植存在种子萌发率偏低、耗种量大的问题，而具有高萌发质量的种子则表现出苗齐苗壮、杂种优势强、抗逆性提高的优点。种子快速和均匀的萌发是作物生产中取得高产的先决条件。因此，研究甘蓝型油菜种子萌发的遗传基础，发掘调控种子萌发相关性状的优良等位基因，对于制定合理的育种计划，选育具有高萌发质量的油菜新品种具有重要意义。为了解析甘蓝型油菜种子高萌发质量的遗传基础，本研究以优良化杀品种大地199的双亲中双11号和R11作为父母本，利用小孢子培养技术构建包含280个家系的DH群体，借助高通量、自动化的表型获取平台，对本研究中的种子萌发阶段的相关性状进行表型数据采集，结合基于全基因组重测序方法构建的高密度bin-map，对甘蓝型油菜种子萌发相关性状进行遗传分析与QTL定位研究，主要研究结果如下: 1.构建了高通量种子萌发质量检测平台。该种子萌发质量检测平台主要包含24个萌发盒，借助树莓派微电脑实现对种子动态萌发过程进行图像采集，利用Germinator软件包，实现对DH群体中每个株系累积萌发曲线的绘制及相关种子萌发质量评价指标的提取，包含下胚轴长(HL)、胚根长(RL)、萌发曲线下面积(AUC)、平均发芽时间(MGT)、萌发整齐度(U8416)、萌发速度(T50)等指标。相对于传统的种子萌发质量检测方法，该种子萌发质量检测平台具有高通量、自动化、成本低、重复性好的优势。 2.对三个不同环境下的6个种子萌发性状的相关分析表明，下胚轴长和胚根长与除E3环境下的萌发整齐度外的各萌发性状均达到极显著相关。由种子累积萌发结果衍生的4个种子萌发质量评价指标(AUC、MGT、U8416、T50)间均达到极显著相关。在E1环境下千粒重(TSW)与下胚轴长、胚根长达到极显著正相关，与萌发曲线下面积达到显著正相关，与萌发速度达到显著负相关;E2环境下千粒重与各萌发性状间均没有相关性;E3环境下千粒重与下胚轴长达到极显著正相关，与胚根长、萌发整齐度达到显著正相关。 3.对E1环境下的6个种子萌发性状的遗传分析表明，萌发性状下胚轴长和胚根长的主基因效应不明显，受环境影响较大。由种子累积萌发结果衍生的4个种子萌发质量评价指标(AUC、MGT、U8416、T50)均是由主基因+多基因调控，并且各萌发性状的基因间均表现互作效应，为了使互作的基因间有更多的重组机会，在低世代的选择强度均不宜太大。 4.在3个不同环境条件下共检测到72个与上述6个种子萌发性状相关的QTL，广泛的分布在除A08、C02、C05、C06外的15条染色体上，增效基因来自不同亲本，表现出微效多基因控制的数量性状。单个QTL解释的表型变异范围为2.21％～21.88％。其中包含4个一致性QTL，均分布在A09染色体上Block16014-Block16039标记区间范围，表现出一因多效。开发了两个共显性标记，一个显性标记，为进一步的开展甘蓝型油菜分子标记辅助选择育种提供了有效的技术手段。