大白菜主要農(nóng)藝性狀QTL定位及葉球發(fā)育相關(guān)基因表達分析

大白菜主要農(nóng)藝性狀QTL定位及葉球發(fā)育相關(guān)基因表達分析大白菜（BrassicarapaL.ssp.pekinensis,AA）屬于十字花科蕓薹屬蕓薹種,是我國最重要的蔬菜作物。大白菜種質(zhì)資源豐富,生態(tài)類型多樣,且葉片及葉球發(fā)育等重要農(nóng)藝性狀多為數(shù)量性狀,遺傳基礎(chǔ)復雜,有必要在分子水平研究這些性狀的調(diào)控機制。近年,大白菜葉片和葉球發(fā)育相關(guān)性狀的分子標記和部分候選基因的鑒定研究初見報道,但對關(guān)鍵基因的認知及其調(diào)控作用尚不清楚;大白菜chiifu401全基因組序列分析顯示,生長素（AUXIN）相關(guān)基因可能是影響形態(tài)器官發(fā)育的重要基因家族。這些信息為系統(tǒng)開展大白菜葉片及葉球發(fā)育等重要農(nóng)藝性狀的基因定位和表達調(diào)控研究提供了條件。本研究以179份不同基因型大白菜為試材,對形態(tài)學性狀進行了變異分析和關(guān)聯(lián)作圖基因定位;以不結(jié)球白菜PC-101和結(jié)球大白菜CC-48為親本構(gòu)建的雙單倍體DH88和F₂兩個分離群體為試材,在構(gòu)建高密度分子遺傳圖譜的基礎(chǔ)上,結(jié)合群體單株不同生育期的葉片及葉球發(fā)育等農(nóng)藝性狀的表型變異分析,進行了大白菜目標性狀的QTL（數(shù)量性狀位點）定位研究;以8份代表不同類型（合抱、疊抱、束心和不結(jié)球）和不同結(jié)球性（早、中、晚）的大白菜基因型為試材,選取與葉球發(fā)育及生長素相關(guān)的10個基因,分析了在8個發(fā)育時期的實時定量（qRT-PCR）表達模式。旨在揭示大白菜葉片和葉球發(fā)育等重要農(nóng)藝性狀的遺傳變異特點,檢測調(diào)控這些性狀的主要染色體區(qū)域,發(fā)掘與QTL共分離的候選基因和分子標記,解析所選候選基因的表達調(diào)控模式。獲得的主要結(jié)果如下:1.179份不同基因型大白菜的33個形態(tài)學性狀的表型變異分析表明,葉球抱合方式的變異系數(shù)最高,為66.41%;其次,變異系數(shù)在40%以上的性狀有8個,依次為中肋橫切面形狀、葉球的外露性、短縮莖形狀、短縮莖縱徑、球形指數(shù)、中肋色、單株總重和葉球內(nèi)葉色澤。葉球重也表現(xiàn)出了較大的變異,其變異系數(shù)為39.2%。而結(jié)球性、外葉寬、外葉長和株展的變異系數(shù)較低。2.通過對33個表型性狀和161個InDel和SSR標記的關(guān)聯(lián)分析,檢測到分布于9個連鎖群的36個標記位點與20個性狀顯著相關(guān),18個標記與性狀關(guān)聯(lián)度極高。其中,A03-2-1與短縮莖形狀高度相關(guān);A10-3-2和A10-3-3與抽薹性高度相關(guān);A01-S156#01、A05-4-2、A05-8-1、A05-8-3、A06-1-2、A06-S24#01和A10-2-2與球葉抱合方式高度相關(guān);A06-S24#01與球葉數(shù)高度相關(guān);A01-S155#03與葉球橫徑和外葉寬均高度相關(guān);A03-2-2、A04-8-2和A06-1-2與中肋色高度相關(guān);A04-10-2、A06-1-2和A10-2-2與球形指數(shù)高度相關(guān);A03-2-2和A06-1-2與外葉色高度相關(guān);A04-S60#01和A06-S24#02與短縮莖側(cè)芽萌發(fā)能力高度相關(guān);A05-8-3與中肋橫切面形狀高度相關(guān);A04-8-1與葉球縱徑高度相關(guān);A10-2-3與結(jié)球性高度相關(guān)。另外,檢測到13個標記同時與2個以上的性狀關(guān)聯(lián),其中A03-2-2、A06-1-2均與外葉色和中肋色相關(guān);A06-S24#01均與球葉抱合方式和球葉數(shù)相關(guān);檢測到10個性狀分別具有3個以上的分子標記,與球葉抱合方式相關(guān)的分子標記數(shù)最多,為13個。3.利用DH88,構(gòu)建了一張含1603個SNP標記、10個連鎖群的遺傳圖譜,總長度為1469.5cM,標記間平均距離為0.92cM;利用F₂群體,構(gòu)建了一張含135個標記（99個InDel標記和36個SNP標記）、10個連鎖群的遺傳圖譜,總長度為1145.7cM,標記間平均距離為8.93cM。二者存在36個共同的SNP標記,分別含有899個和64個基因特異標記。DH88和F₂群體遺傳連鎖圖譜上標記順序總體上與其物理圖譜順序基本一致。4.QTL分析表明,在DH88和F₂群體中共檢測到26個性狀（10個葉球發(fā)育相關(guān)性狀、13個葉片發(fā)育相關(guān)性狀和3個其它性狀）的QTL位點95個,分布于10個連鎖群。其中,與葉球發(fā)育相關(guān)性狀的QTL48個,與葉片發(fā)育相關(guān)性狀的QTL37個,控制蓮座期葉數(shù)、葉色和葉毛3個性狀的QTL10個;同時檢測到控制4個以上葉片發(fā)育相關(guān)性狀的主要染色體區(qū)域6個,分別位于連鎖群A03上部、A03中部、A04中部、A06中部、A08下部和A09下部;控制結(jié)球相關(guān)性狀的主要染色體區(qū)域4個,分別位于A05中部、A06中部、A08下部和A09下部。檢測到葉片及葉球相關(guān)性狀的85個QTL區(qū)域內(nèi)可能相關(guān)的候選基因58個。在葉毛QTL區(qū)域檢測到大白菜葉毛發(fā)育基因BrGL1,距離最近標記163Kb。5.從10個候選基因的相對表達量和表達時期分析,基因BSA-g4在8份材料中的總體相對表達量最高,其次是Bra015396、BSA-g1和BSA-g2,BSA-g3、Bra023570、Bra008613、Bra033844和Bra005465的相對表達量較低,最低的是Bra002479;所選基因在8份材料的相對表達量差異主要體現(xiàn)在播種后29-60天（苗期、蓮座期和結(jié)球初期）,苗期或蓮座期的相對表達量較高,而播種后73天和88天（結(jié)球中后期）很低;其中8個基因最高相對表達量在播種后29和36天（以苗期為主）,2個基因的最高相對表達量為在播種后36天和40天（以蓮座期為主）。6.從10個候選基因的表達模式分析,基因在3個不同發(fā)育階段（29和36天/苗期;40、46、53和60天/蓮座期和結(jié)球初期;73和88天/結(jié)球中后期）的表達方式包括4種類型:5個基因表現(xiàn)為高-中-低,相對表達量播種后29和36天較高;2個基因表現(xiàn)為高-高-低,相對表達量播種后29-60天較高;2個基因表現(xiàn)為高-低-低,相對表達量播種后29和36天較高;1個基因表現(xiàn)為低-中-低,相對表達量播種后40-60天較高。7.從10個候選基因調(diào)控葉球發(fā)育特點分析,3個基因BSA-g1、BSA-g2和BSA-g4在蓮座期和結(jié)球初期相對表達量有明顯增加,可能與葉球發(fā)育相關(guān);2個基因BSA-g3和Bra023570在苗期相對表達量較高,基因早期表達可能與葉球抱合方式或結(jié)球早晚有一定相關(guān)性;3個基因Bra008613、Bra005465和Bra