甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因的筛选方法及其应用技术

本发明专利技术公开了甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因的筛选方法及其应用，从影响油菜产量三因素“源、流、库”中“流”的过程解析作物高产的新机理，将一个新颖的性状(粒果比)作为反映油菜角果光合产物转运能力高低的性状，辅以千粒重性状进行甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因的筛选。采用来自全球588份自然群体材料重测序及考种数据的关联分析，结合极端材料转录组测序筛选出12个与甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关的候选基因，其中8个为粒果比性状关联基因：BnaA01g01780D、BnaA01g01800D、BnaA01g02240D、BnaA01g16230D、BnaA03g04230D、BnaA03g04730D、BnaA03g50050D、BnaC03g03480D；4个为千粒重性状关联基因：BnaA09g38860D、BnaA09g38100D、BnaA09g38160D、BnaC01g23300D，为后期通过基因工程途径进行高产高收获指数油菜品种的选育奠定了理论基础。育奠定了理论基础。育奠定了理论基础。

【技术实现步骤摘要】
甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因的筛选方法及其应用


[0001]本专利技术涉及植物基因工程技术和油菜的分子育种
，具体涉及甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因的筛选方法及其应用。

技术介绍

[0002]作为世界上主要的三大油料作物之一，油菜是我国种植面积最大的油料作物。但是作为一种以收获籽粒为主的经济作物，相较于水稻和花生等具有50％以上收获指数的作物，油菜栽培品种的收获指数却只有20
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30％，因此提高油菜收获指数对提高其产量显得尤为重要。
[0003]影响植物收获指数的因素主要有3个，即“源、流、库”。“源”是指植物中可以进行光合作用，产生并输出光合产物的组织器官，如植物的茎秆、叶片等。“库”是指植物中不能直接进行光合作用，用于转化或者储藏光合同化产物的组织器官，库器官在不同作物及同种作物不同发育时期均不同，比如植物生长发育过程中的根，果实及种子，也可能是正在生长发育的作物的根、茎、叶等。“流”是指光合产物从源器官转运到库组织的过程，“流”包括光合产物在源器官中的装载，库组织中的卸载及源库之间的运输和分配。
[0004]油菜在不同的生长发育时期具有不同的光合器官，在苗期叶片是唯一的光合器官(营养生长时期)；抽薹之后茎秆除了支撑油菜生长和临时储藏物质之外，也承担了一部分的光合作用(营养生长向生殖生长转换的时期)；花期阶段，角果逐渐生长，叶片逐渐老化，角果皮逐渐替代了叶片的光合作用(生殖生长时期)。油菜产量形成的过程为：前期叶片、茎枝等营养器官进行光合作用，产生光合产物的量、分配及运输效率决定了油菜的角果数量；后期利用营养器官干物质的分配、转运以及角果皮光合产物转运至籽粒的强度，影响粒果比和收获指数，进一步形成高低产的油菜。研究表明，油菜有充足的源和库，因此影响油菜收获指数的“源、流、库”三因素中，流
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即光合同化物的转运和分配是提高油菜收获指数的突破口。
[0005]而油菜角果籽粒产量的70％均来自于生殖生长时期角果皮的光合产物，因此，对油菜角果光合产物向籽粒转运及分配进行研究对提高油菜的收获指数和产量具有重要的意义，为后期通过基因工程途径进行高产高收获指数油菜品种的选育奠定理论基础。

技术实现思路

[0006]本专利技术通过对588份群体材料连续三年的田间表型分析，发现粒果比(籽粒干重占角果干重的比值，反映油菜角果皮光合产物向籽粒转运效率的高低)和千粒重(油菜一千粒籽粒的干重，反映籽粒中光合产物的利用效率)两个性状能很好的反映油菜角果光合产物的转运效率。进一步对粒果比和千粒重性状连续3年的考种数据进行GWAS分析，共获得了65个显著SNP位点。其中，28个位点与前人在甘蓝型油菜千粒重等产量性状定位到的位点重合，尤其是2019TSW环境中定位到的10个位于A09染色体上非常靠近的显著性位点，与Dong
等(2018)定位到与籽粒产量相关的SNP位点几乎重合，能够解析7.06％到10.08％范围内的表型变异；另外37个位点是新鉴定的SNP位点，解析了5.74％到11.43％的表型变异，其中2018SPSI环境中定位到的三个位置非常接近的位点(S13_1783067、S13_1783409和S13_1784343)能够解析9.51％到11.43％的表型变异。
[0007]进一步地，本专利技术在GWAS所用的群体材料中分别筛选出达到差异显著水平的两对粒果比极端材料和两对千粒重极端材料，并对极端材料花后15天和35天的籽粒和角果皮进行转录组测序分析。两对粒果比极端材料在15P、15S、35P和35S中共同鉴定出8048、8122、7627和9800个差异表达基因；两对千粒重极端材料在15P、15S、35P和35S中共同鉴定出5193、4702、5010和4456个差异表达基因。
[0008]进一步地，本专利技术结合粒果比和千粒重两个性状GWAS分析显著SNP位点上下游300kb区间段内的候选基因和转录组数据在15P、15S、35P和35S四个部位筛选出的全部差异表达基因进行候选基因筛选，初步获得了640个多材料、多手段重合鉴定出的、可能与光合产物转运效率相关的候选基因。结合640个候选基因对应拟南芥同源基因的功能注释和在两对极端材料中的时空表达特异性分析结果，最终确定了12个与甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关的候选基因，为后期通过基因工程途径进行高产高收获指数油菜品种的选育奠定了理论基础。
[0009]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因的筛选方法及其应用。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0011]本专利技术提供了甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因，包括：
[0012]8个粒果比性状关联基因：BnaA01g01780D、BnaA01g01800D、BnaA01g02240D、BnaA01g16230D、BnaA03g04230D、BnaA03g04730D、BnaA03g50050D、BnaC03g03480D；
[0013]4个千粒重性状关联基因：BnaA09g38860D、BnaA09g38100D、BnaA09g38160D、BnaC01g23300D。
[0014]本专利技术还提供了甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因的筛选方法，包括如下步骤：
[0015](1)粒果比和千粒重GWAS分析
[0016]将群体材料连续3年种植于试验基地，对群体材料的粒果比和千粒重性状在3个不同年份及综合环境下进行GWAS分析，分别获得35和30个显著SNP位点，在SNP位点上下游300kb范围内筛选候选基因，在两个性状中分别获得1889和490个候选基因；
[0017](2)粒果比和千粒重极端材料的转录组分析
[0018]在GWAS所用的群体材料中分别选择达到差异显著水平的两对粒果比极端材料和两对千粒重极端材料，并对极端材料花后15天和35天的籽粒和角果皮进转录组测序分析，两对粒果比极端材料在15P、15S、35P和35S中共同鉴定出8048、8122、7627和9800个差异表达基因；两对千粒重极端材料在15P、15S、35P和35S中共同鉴定出5193、4702、5010和4456个差异表达基因；
[0019](3)结合GWAS和转录组分析筛选候选基因
[0020]根据关联分析显著SNP位点上下游300kb区间段内的候选基因，结合转录组数据在15P、15S、35P和35S四个部位筛选出的全部差异表达基因进行候选基因筛选，在粒果比两对
极端材料中共同定位到了577个重合的候选基因，在千粒重两对极端材料中共同定位到了63个重合候选基因；
[0021]分别对粒果比和千粒重极端材料中筛选出的577和63个重合候选基因进行功能注释，并分别对577和63个候选基因在粒果比和千粒重极端材料15P、15S、35P和35S部位的转录组数据绘制表达量热图，筛选具有显著时空表达特异性且在两对极端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因，包括：8个粒果比性状关联基因：BnaA01g01780D、BnaA01g01800D、BnaA01g02240D、BnaA01g16230D、BnaA03g04230D、BnaA03g04730D、BnaA03g50050D、BnaC03g03480D；4个千粒重性状关联基因：BnaA09g38860D、BnaA09g38100D、BnaA09g38160D、BnaC01g23300D。2.甘蓝型油菜角果光合产物转运效率相关候选基因的筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)连续多年588份自然群体材料粒果比和千粒重性状的GWAS分析将588份收集于全球的自然群体材料连续3年种植于试验基地，对群体材料中粒果比(籽粒干重占角果干重的比值，反映油菜角果皮光合产物向籽粒转运效率的高低)和千粒重(油菜一千粒籽粒的干重，反映籽粒中光合产物的利用效率)性状在3个不同的年份及综合环境下进行GWAS分析，分别获得35和30个显著SNP位点，在SNP位点上下游300kb范围内筛选候选基因，在两个性状中分别获得1889和490个候选基因；(2)粒果比和千粒重极端材料的转录组分析在GWAS所用的588份群体材料中分别选择达到差异显著水平的两对粒果比极端材料和两对千粒重极端材料，分别对极端材料花后15天和35天的籽粒和角果皮进转录组测序分析，两对粒果比极端材料在15P、15S、35P和35S中共同鉴定出8048、8122、7627和9800个差异表达基因；两对千粒重极端材料在15P、15S、35P和35S中共同鉴定出5193、4702、5010和4456个差异表达基因；(3)结合GWAS和转录组分析筛选候选基因根据关联分析显著SNP位点上下游300k...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立源，曲存民，李加纳，陈志友，陈思，赵会彦，杨博，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：