大白菜主要农艺性状QTL定位及叶球发育相关基因表达分析

大白菜主要农艺性状QTL定位及叶球发育相关基因表达分析大白菜（BrassicarapaL.ssp.pekinensis,AA）属于十字花科芸薹属芸薹种,是我国最重要的蔬菜作物。大白菜种质资源丰富,生态类型多样,且叶片及叶球发育等重要农艺性状多为数量性状,遗传基础复杂,有必要在分子水平研究这些性状的调控机制。近年,大白菜叶片和叶球发育相关性状的分子标记和部分候选基因的鉴定研究初见报道,但对关键基因的认知及其调控作用尚不清楚;大白菜chiifu401全基因组序列分析显示,生长素（AUXIN）相关基因可能是影响形态器官发育的重要基因家族。这些信息为系统开展大白菜叶片及叶球发育等重要农艺性状的基因定位和表达调控研究提供了条件。本研究以179份不同基因型大白菜为试材,对形态学性状进行了变异分析和关联作图基因定位;以不结球白菜PC-101和结球大白菜CC-48为亲本构建的双单倍体DH88和F₂两个分离群体为试材,在构建高密度分子遗传图谱的基础上,结合群体单株不同生育期的叶片及叶球发育等农艺性状的表型变异分析,进行了大白菜目标性状的QTL（数量性状位点）定位研究;以8份代表不同类型（合抱、叠抱、束心和不结球）和不同结球性（早、中、晚）的大白菜基因型为试材,选取与叶球发育及生长素相关的10个基因,分析了在8个发育时期的实时定量（qRT-PCR）表达模式。旨在揭示大白菜叶片和叶球发育等重要农艺性状的遗传变异特点,检测调控这些性状的主要染色体区域,发掘与QTL共分离的候选基因和分子标记,解析所选候选基因的表达调控模式。获得的主要结果如下:1.179份不同基因型大白菜的33个形态学性状的表型变异分析表明,叶球抱合方式的变异系数最高,为66.41%;其次,变异系数在40%以上的性状有8个,依次为中肋横切面形状、叶球的外露性、短缩茎形状、短缩茎纵径、球形指数、中肋色、单株总重和叶球内叶色泽。叶球重也表现出了较大的变异,其变异系数为39.2%。而结球性、外叶宽、外叶长和株展的变异系数较低。2.通过对33个表型性状和161个InDel和SSR标记的关联分析,检测到分布于9个连锁群的36个标记位点与20个性状显著相关,18个标记与性状关联度极高。其中,A03-2-1与短缩茎形状高度相关;A10-3-2和A10-3-3与抽薹性高度相关;A01-S156#01、A05-4-2、A05-8-1、A05-8-3、A06-1-2、A06-S24#01和A10-2-2与球叶抱合方式高度相关;A06-S24#01与球叶数高度相关;A01-S155#03与叶球横径和外叶宽均高度相关;A03-2-2、A04-8-2和A06-1-2与中肋色高度相关;A04-10-2、A06-1-2和A10-2-2与球形指数高度相关;A03-2-2和A06-1-2与外叶色高度相关;A04-S60#01和A06-S24#02与短缩茎侧芽萌发能力高度相关;A05-8-3与中肋横切面形状高度相关;A04-8-1与叶球纵径高度相关;A10-2-3与结球性高度相关。另外,检测到13个标记同时与2个以上的性状关联,其中A03-2-2、A06-1-2均与外叶色和中肋色相关;A06-S24#01均与球叶抱合方式和球叶数相关;检测到10个性状分别具有3个以上的分子标记,与球叶抱合方式相关的分子标记数最多,为13个。3.利用DH88,构建了一张含1603个SNP标记、10个连锁群的遗传图谱,总长度为1469.5cM,标记间平均距离为0.92cM;利用F₂群体,构建了一张含135个标记（99个InDel标记和36个SNP标记）、10个连锁群的遗传图谱,总长度为1145.7cM,标记间平均距离为8.93cM。二者存在36个共同的SNP标记,分别含有899个和64个基因特异标记。DH88和F₂群体遗传连锁图谱上标记顺序总体上与其物理图谱顺序基本一致。4.QTL分析表明,在DH88和F₂群体中共检测到26个性状（10个叶球发育相关性状、13个叶片发育相关性状和3个其它性状）的QTL位点95个,分布于10个连锁群。其中,与叶球发育相关性状的QTL48个,与叶片发育相关性状的QTL37个,控制莲座期叶数、叶色和叶毛3个性状的QTL10个;同时检测到控制4个以上叶片发育相关性状的主要染色体区域6个,分别位于连锁群A03上部、A03中部、A04中部、A06中部、A08下部和A09下部;控制结球相关性状的主要染色体区域4个,分别位于A05中部、A06中部、A08下部和A09下部。检测到叶片及叶球相关性状的85个QTL区域内可能相关的候选基因58个。在叶毛QTL区域检测到大白菜叶毛发育基因BrGL1,距离最近标记163Kb。5.从10个候选基因的相对表达量和表达时期分析,基因BSA-g4在8份材料中的总体相对表达量最高,其次是Bra015396、BSA-g1和BSA-g2,BSA-g3、Bra023570、Bra008613、Bra033844和Bra005465的相对表达量较低,最低的是Bra002479;所选基因在8份材料的相对表达量差异主要体现在播种后29-60天（苗期、莲座期和结球初期）,苗期或莲座期的相对表达量较高,而播种后73天和88天（结球中后期）很低;其中8个基因最高相对表达量在播种后29和36天（以苗期为主）,2个基因的最高相对表达量为在播种后36天和40天（以莲座期为主）。6.从10个候选基因的表达模式分析,基因在3个不同发育阶段（29和36天/苗期;40、46、53和60天/莲座期和结球初期;73和88天/结球中后期）的表达方式包括4种类型:5个基因表现为高-中-低,相对表达量播种后29和36天较高;2个基因表现为高-高-低,相对表达量播种后29-60天较高;2个基因表现为高-低-低,相对表达量播种后29和36天较高;1个基因表现为低-中-低,相对表达量播种后40-60天较高。7.从10个候选基因调控叶球发育特点分析,3个基因BSA-g1、BSA-g2和BSA-g4在莲座期和结球初期相对表达量有明显增加,可能与叶球发育相关;2个基因BSA-g3和Bra023570在苗期相对表达量较高,基因早期表达可能与叶球抱合方式或结球早晚有一定相关性;3个基因Bra008613、Bra005465和Bra