大白菜-结球甘蓝单体异附加系AC-4后代易位系筛选及结球相关基因表达分析

大白菜—结球甘蓝单体异附加系AC_4后代易位系筛选及结球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之一。结球甘蓝(Brassicaoleraceavar.capitata,CC)与大白菜同属十字花科芸薹属,二者在营养成分、结球特性、抗性等方面各具特色。芸薹属A、C染色体组间具有较高同源性,可通过染色体的附加、重组、易位获得新种质,如A-C基因组异附加系和易位系。本研究以大白菜—结球甘蓝单体异附加系AC4及其自交后代的小孢子植株(DH)为试材,对其添加的甘蓝染色体片段进行了InDel分子标记和表型鉴定,获得了537个添加甘蓝片段的小孢子植株;选取其中3个易位系,分析其易位片段和表型性状在自交后代中的遗传稳定性;根据易位系后代群体抱球方式的不同,开展了结球相关基因的表达分析,为大白菜遗传改良提供了新种质,也为芸薹属易位系的研究提供了重要参考。主要研究结果如下:1.选取结球甘蓝9个连锁群上1299个InDel标记对AC4及其亲本大白菜和结球甘蓝进行扩增,获得了结球甘蓝相对于大白菜具有多态性的InDel标记1039个,多态率高达79.98%;AC4中扩增出外源甘蓝片段的多态性InDel标记为184个,涉及甘蓝5个连锁群,主要为C05片段,部分为C02、C03、C04和C08片段。2.选取44个多态性标记对AC4的537个后代小孢子植株进行了鉴定,结果表明,各单株均携有结球甘蓝染色体片段,片段数量为1-13个;其中含有9个片段的植株最多,占总体的13.97%;7个片段的最少,占总体的1.30%,单片段植株为13个,占总体的2.42%。3.对AC4后代小孢子植株生殖生长时期的叶形、叶色、花蕾大小、花瓣形状等16个性状进行调查发现,基生叶和花器官性状均出现了不同程度的分离,后代群体中出现了部分与结球甘蓝相似的性状,其中叶面无茸毛性状在群体中的比率最高,为44.64%;主成分分析结果表明,6个主成分累积贡献率为63.23%,第一主成分贡献率达到23.10%,叶片大小以及花器官性状对表型变异贡献最大。4.选取添加甘蓝片段较小的3个小孢子植株B3-29、C4-13和qdh-52进行染色体计数分析,均为2n=20,鉴定为易位系。对3个易位系自交第1代群体进行InDel标记分析发现,后代所有单株均含有与其亲本小孢子植株一致的甘蓝多态性标记,外源甘蓝片段表现出良好的稳定性。5.在收获期对B3-29、C4-13和qdh-52易位系自交第2代群体的12个表型性状进行调查发现,B3-29自交第2代群体中的叶球高度和中肋长度均高于双亲;qdh-52自交第2代群体的叶球颜色、球顶部形状等6个性状与结球甘蓝亲本相似;B3-29和qdh-52自交第2代群体均出现了结球方式的分离:叠抱、合抱、中间类型和不规则类型。营养指标测定表明,qdh-52自交第2代群体的干物质、Vc、可溶性糖含量均高于双亲;C4-13自交第2代群体的矿质元素含量丰富,Ca、Mg、K、Cu含量高于双亲;3个群体中均检测到了与亲本大白菜相同的8种硫苷。6.以B3-29和qdh-52自交第2代群体中叠抱、中间和合抱类型植株为试验材料,选取与大白菜生长素和器官形成相关的8个候选基因,分析其在莲座期、结球期和收获期的qRT-PCR表达模式。结果表明,8个基因在2个群体的不同时期均有表达,在合抱材料中,GA20OX5、GA5在莲座期表达量最高,随着时间的推移,表达量逐渐下降;RCD1-2、CDR1、KAN2在结球期表达水平最高,表达量随着时间的推移,呈现先上升后下降的趋势。在中间类型材料中,KAN2表达趋势与其在合抱材料中相同,在结球期的表达量达到最高;NLM9-1、NLM9-2在3种类型材料莲座期表达量均为最高,基因的表达水平没有受到材料的限制。7.针对上述8个基因和试验材料,在收获期对由外向内不同部位叶片进行表达分析。结果表明,8个基因在2个群体的不同部位均有表达,B3-29群体中,GA20OX5、RCD1-2、KAN2在叶片外层维持着较高的表达水平,随着叶片层次的递进,表达量呈现递减的趋势;NLM9-1和NLM9-2从叶球外层到内层,表达量呈现先上升后下降的趋势。qdh-52群体中,NLM9-1、NLM9-2、KAN2在叠抱和中间类型材料的外层叶片表达量较低,随着叶片由外向内递进,表