雅安黄油菜黄籽性状分子标记鉴定及相关基因的克隆分析

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作为油菜的起源地之一,我国种植油菜历史悠久。黄籽油菜作为油菜品质改良的一个重要育种目标,黄籽油菜相比深色籽粒油菜(褐籽或黑籽等)具有种皮薄、纤维含量低、含油量高、油质清澈、蛋白质含量高等诸多有点。作为甘蓝型油菜近缘种之一,白菜型油菜具有丰富的天然黄籽资源,白菜型油菜的黄籽资源可以用来创制甘蓝型油菜黄籽材料。作为一个在四川雅安地区长期种植的白菜型油菜地方品种,雅安黄油菜具有黄籽植株率高、含油率高、早熟、耐湿等特点,是一个宝贵的白菜型油菜种质资源,对白菜型油菜和甘蓝型油菜的黄籽育种具有很大的应用潜力。对雅安黄油菜黄籽基因进行定位并克隆分析相关基因,对于深入阐明白菜型油菜种皮颜色遗传机制以及更好地利用雅安黄油菜具有非常重要的意义。  本研究在前期本实验室对雅安黄油菜粒色性状遗传规律研究成果(雅安黄油菜粒色性状由1对核基因控制,褐籽相对黄籽为显性性状)的基础上,对其粒色基因进行分子标记鉴定及定位,并对粒色相关基因进行了克隆分析。获得的主要研究结果如下:  1、雅安黄油菜粒色基因的分子标记鉴定与定位  利用雅安黄油菜黄籽品系(P1)、褐籽品系(P2)及其配置的BC1世代,选用目前已有报道中与油菜黄籽基因紧密连锁(遗传距离≤3cM)或共分离的SSR分子标记16对,对雅安黄油菜粒色基因进行分子标记筛选及定位分析。(1)通过定位分析发现,雅安黄油菜粒色基因被定位在A9连锁群上,gsr23、gsr29和gsr44三个标记与雅安黄油菜黄籽基因共分离,Ol12-F02、Na10-A08、CB10428和lsr124四个标记位于雅安黄油菜粒色基因同侧,与黄籽基因遗传图距分别为0.8cM、0.8cM、1.6cM和2.4cM。(2)由于gsr23、gsr29、gsr44与白菜型油菜黄籽沙逊油菜粒色基因BrTT8共分离,lsr124与其紧密连锁,加之Na10-A08与芥菜型油菜A基因组粒色基因BjuA.TT8紧密连锁,推测雅安黄油菜粒色基因为BrTT8基因的同源等位基因。  2、雅安黄油菜粒色相关基因BrTT8的克隆分析  已知白菜型油菜黄籽沙逊黄籽基因为BrTT8基因,本实验对同为白菜型油菜的雅安黄油菜褐籽品系、黄籽品系BrTT8基因进行了克隆分析。(1)结果显示,褐籽品系中所扩增的BrTT8基因序列全长为4268 bp,黄籽品系所扩增的BrTT8基因序列全长为4211 bp,分别命名为BrTT8.b和BrTT8.y。二者序列同源性达到96.73%%,存在155个碱基位点差异3.63%,占序列总长度的0.64%。BrTT8.b和BrTT8.y存在多处碱基位点差异。(2)运用生物信息学方法预测BrTT8.b和BrTT8.y的cDNA序列以及氨基酸序列并进行比较,发现BrTT8.b的预测cDNA序列与白菜Chiffu的BraA.TT8基因(GU255866.1) cDNA序列完全一致,全长1566 bp,总共编码521位氨基酸序列,BrTT8.y的预测cDNA序列与白菜BraA.TT8基因(GU255866.1) cDNA同源性为99.36%,全长1567 bp,总共编码353位氨基酸序列。BrTT8.b、BrTT8.y基因预测cDNA序列存在10个碱基位点差异,占序列总长度的0.64%。二者编码蛋白质分子量分别为60014.0 Da和40243.1Da,等电点(pI)分别为5.55和4.84。二者编码氨基酸序列同源性为67.18%;由于BrTT8.b、BrTT8.y基因预测cDNA序列第433位(即BrTT8基因第三个外显子区域)存在一个SNP差异(C→A)导致二者在预测氨基酸序列第145位有一个氨基酸残基差异(R→S)。另外,相对BrTT8.b基因预测cDNA序列,BrTT8.y基因预测cDNA序列在第1055位前存在一个碱基(A)插入,同时在第1056-1059位(即BrTT8基因第七个外显子区域)存在连续4个碱基位点差异(CCAC→TTGT),导致后者在1059-1061位碱基出现一个终止密码(TGA)由此导致在预测氨基酸序列第352、353位,BrTT8.b基因的均分别为亮氨酸(L)、组氨酸(H),BrTT8.y基因分别为异组氨酸(H)、亮氨酸(L),并在第353位后氨基酸序列提前终止。(3)通过比较BrTT8.b基因和BrTT8.y基因编码蛋白质保守结构域分析结果,发现相对于前者蛋白质保守结构域,由于后者氨基酸序列的提前终止,后者缺少了DNA结合域HLH,推测雅安黄油菜黄籽品系BrTT8.y基因编码蛋白质缺少DNA结合域HLH是导致其黄籽性状形成的重要原因,雅安黄油菜粒色基因为BrTT8基因。  3、分子标记TT8SSR的开发及其在雅安黄油菜中的验证  根据BrTT8.b基因和BrTT8.y基因序列在约第500至600位核苷酸区段存在的微卫星差异位点开发TT8SSR子标记并在在BC1群体中进行检测,发现该标记为共显性标记,与雅安黄油菜粒色基因共分离,即BrTT8基因与粒色基因共分离。这更加增大了雅安黄油菜的粒色基因为BrTT8基因的可能性。
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