甘藍型油菜品質資源和pol CMS恢復系的創(chuàng)新與遺傳分析.pdf

1、油菜是我國最重要的油料作物之一，栽培面積和總產(chǎn)量均居世界首位。低芥酸菜油中的油酸(C<,18:1>)是人體吸收的主要營養(yǎng)成份，而亞麻酸(C<,18:3>)是大腦發(fā)育的必需物質之一，但人體自身不能合成，只能從植物油中攝取。另一方面，由于菜油亞麻酸含量較高，貯藏過程中可能氧化從而造成菜油酸敗變質，因此油脂加工中常采取催化加氫的方法促使亞麻酸生成油酸。然而，這個過程會同時伴生對人體有害的反式脂肪酸。如果利用遺傳學方法選育低亞麻酸品種，就可以不

2、必催化加氫，是最經(jīng)濟、最健康的生產(chǎn)菜油的方法。國外的經(jīng)驗表明，品種中亞麻酸含量為3％時既能滿足人體健康需要，也能滿足植物生長需要。 特用脂肪酸育種的前提是特異種質的選育。但甘藍型油菜的遺傳基礎很窄，品質資源的基礎更窄。一直以來，波蘭春油菜“Bronowski”是甘藍型油菜唯一的低硫苷種源，“Oro”是甘藍型油菜唯一的低芥酸基因源，“Stellar”(或其姊妹系“Apollo”)和“Wotan”則分別是甘藍型油菜低亞麻酸和高油酸育

3、種的種源，并且它們均是“Oro”的突變后代，其品質資源基礎之窄可見一斑。 甘藍型油菜的育種目標除品質的改良外，還包括產(chǎn)量的提高。由于甘藍型油菜具有較強的雜種優(yōu)勢，全球油菜育種家均比較重視應用雜交種來提高其產(chǎn)量。當前油菜雜種優(yōu)勢的利用途徑較多，如細胞質雄性不育、細胞質+細胞核雄性不育、生態(tài)型雄性不育、化學殺雄、自交不親和等。在我國，應用最廣的授粉控制系統(tǒng)是波里馬細胞質雄性不育系統(tǒng)。波里馬雄性不育又可分為三種類型：高溫不育型、低溫不

4、育型和穩(wěn)定不育型，其中穩(wěn)定型雄性不育系必須利用保持系來繁殖。后來，楊光圣等在兩個甘藍型油菜品種雜交后代中發(fā)現(xiàn)了溫敏型波里馬細胞質不育(簡稱pol TCMS)，選出的新種質在武漢秋播表現(xiàn)部分可育，在昆明或西寧表現(xiàn)徹底的雄性不育，因此，可以利用在春油菜區(qū)夏播生產(chǎn)雜交種，在冬油菜區(qū)秋播繁殖親本不育系。目前已經(jīng)有多個利用該不育系配置的雜交種通過品種審定。但在實際應用時，制種期間不正常年份的溫度異?？赡軐е履副静挥诞a(chǎn)生微粉，這種微粉株很可能自交

5、結籽，從而導致F<,1>種子純度不達標，不達標的種子如果用于生產(chǎn)將會引起大面積顯著減產(chǎn)。因此，迫切需要發(fā)展更新、更簡便、風險更小的授粉控制系統(tǒng)。發(fā)掘與育性相關的新資源可能是解決這一問題的有效途徑。 新基因資源既可在現(xiàn)有種質中發(fā)掘、篩選(如pol TCMS的發(fā)現(xiàn))，也可以利用遠緣雜交(包括人工再合成甘藍型油菜)獲得。自禹氏三角闡明甘藍型油菜是由白菜型油菜與甘藍天然雜交并二倍化后進化而來以來，各國學者開始了利用白菜與甘藍人工合成甘藍

6、型油菜的研究。與甘藍型油菜不同，白菜型油菜與甘藍均具有豐富的遺傳變異，我國更是白菜型油菜的起源中心之一，因此，利用人工合成種拓寬現(xiàn)有甘藍型油菜的遺傳基礎是切實可行的。 本研究一方面在人工合成種中篩選新的品質資源，并著重對篩選到的低亞麻酸資源進行遺傳分析，另一方面通過異地鑒定，發(fā)現(xiàn)了以前從未報道過的波里馬溫敏恢復系，并對其遺傳規(guī)律進行了初步分析。主要研究結果如下： 1．甘藍型油菜人工合成種品質性狀的篩選和特異品質性狀的聚合

7、 利用氣相色譜法分析了從德國引進的139份甘藍型油菜人工合成種的脂肪酸組成，篩選出油酸含量高于68％的材料4份(最高的一份含量為69.23％)，亞麻酸低于3％的材料4份(最低的一份含量為2.46％)，且這4份低亞麻酸材料芥酸含量<1％。未發(fā)現(xiàn)芥酸含量能滿足工業(yè)育種(>55％)的材料，但篩選到多達46份零芥酸材料。進一步用液相色譜法測定4份較高油酸材料和4份低亞麻酸材料的硫苷組成，發(fā)現(xiàn)較高油酸材料硫苷總量低于30umol/g，且硫

8、苷組成與低硫苷甘藍型油菜組成有區(qū)別，可能是新的低硫苷種源：低亞麻酸硫苷總量較高，硫苷組成與高硫苷甘藍型油菜組成也有區(qū)別。 在品質分析的基礎上，將油酸含量69.23％的材料(低芥酸、低硫苷、高亞麻酸)與亞麻酸2.46％的材料(低芥酸、高硫苷)雜交，從195個F<,2>子代中篩選出油酸高于67％且亞麻酸低于4.5％的18個單株。繼續(xù)種植后，從這18個F<,2:3>家系收獲了160個單株用于分析脂肪酸和硫苷組成，發(fā)現(xiàn)其中1個單株成功的

9、聚合了較高油酸、低亞麻酸、低芥酸和低硫苷性狀，說明進一步提高油菜的品質是完全可行的。 2．甘藍型油菜人工合成種低亞麻酸性狀的遺傳分析與基因定位 以甘藍型油菜DH系L1745與低亞麻酸人工合成種R15-4雜交，正反交F<,2>亞麻酸含量均符合正態(tài)分布，正反交群體平均值在a=0.05水平差異顯著，表明亞麻酸含量符合多基因數(shù)量性狀遺傳模式，且存在細胞質效應。 以正交(L1745xR15-4)F<,2>群體作為分離群體，

10、應用SSR、AFLP和SRAP標記構建連鎖圖譜。該圖譜包括18個主連鎖群，1個三聯(lián)體和2個連鎖對，圖譜總長2723.6cM，包含303個標記，平均標記區(qū)間8.99cM。利用SSR標記與法國Piquema等2005年公布的圖譜進行了比對，共有39個SSR標記能對應上法國連鎖群。本連鎖群中僅12號主連鎖群未能在法國連鎖群中找到對應連鎖群。在利用上述分離群體和圖譜的基礎上，用氣相色譜法測定了群體內單株亞麻酸含量，應用復合區(qū)間作圖掃描與此性狀相

11、關的QTLs，LOD>2.5時共檢測到4個與亞麻酸含量相關的QTLs,分別位于3個連鎖群上。6號連鎖群檢測到1個QTL，解釋23.65％變異：7號連鎖群檢測到2個QTLs,分別解釋19.62％和9.51％遺傳變異：14號連鎖群檢測到1個QTL，可解釋14.06％遺傳變異。 3.波里馬溫敏恢復系的選育與初步遺傳分析 異地鑒定發(fā)現(xiàn)恢復系“7-6“(“華雜13”號父本)，在武漢秋播表現(xiàn)完全可育，但在甘肅和政縣夏繁時則表現(xiàn)部分不

12、育。將DH系L1815與恢復系7-6配制F<,1>雜交，利用小孢子培養(yǎng)技術建立DH群體，獲得63個DH系。2003年、2004年兩年重復觀察武漢秋播和甘肅夏播育性，從中選育出環(huán)敏DH系“FL-204”，該株系在武漢表現(xiàn)完全可育，但在甘肅和政縣則表現(xiàn)徹底不育。生長箱控溫試驗表明育性受溫度控制，高溫不育，低溫可育。 “FL-204”與不育系、保持系和正常恢復系雜交，育性調查F<,1>育性并建立F<,2>和BC<,1>分離群體，其中與

13、正常恢復系雜交后還建立了DH群體。所有F<,1>在武漢均完全可育，但在甘肅時F1的育性比較復雜：與不育系的雜交F<,1>部分可育；與保持系正交(FL-204為母本)時F1部分可育，但反交時完全可育；與恢復系的正反交F1均完全可育。與保持系的正反交試驗表明，“FL-204”細胞質為“S”型，溫度敏感性特點只在“S”型胞質條件下表達。甘肅分離群體育性調查表明，可能存在多個微效溫度敏感基因，這些基因抑制恢復基因的表達，造成夏繁條件下分離群體偏