油菜低磷主根长的全基因组关联分析及BnaA05.FBP响应低磷胁迫的功能研究
磷是植物生长所必需的大量营养元素之一，而土壤中的磷常被金属阳离子固定,导致可供植物直接吸收利用的磷含量较少。油菜是世界第二大油料作物，对缺磷很敏感。油菜在应对低磷胁迫时，会改变根构型，抑制主根伸长，促进侧根与根毛的生长。前人研究表明，油菜产量与主根长度存在显著正相关性。因此，研究油菜响应低磷胁迫时的根系发育机制，培育磷高效油菜品种是解决因缺磷而导致油菜减产的重要途径之一。本研究以404份甘蓝型油菜自然群体为材料，考察了无磷纸培养低磷处理这些油菜品种苗期主根长，并开展了主根长的全基因组关联分析。鉴定了油菜主根长显著关联的SNP及候选基因果糖-1,6-二磷酸酶BnaA05g10520D(BnaA05.FBP)，初步解析了BnaA05.FBP响应低磷胁迫的分子机制。主要结果如下: 1.甘蓝型油菜低磷处理主根长的全基因组关联分析 课题组前期考察了404份甘蓝型油菜自然群体无磷纸培养低磷处理主根长，利用该群体全基因组重测序开发的SNP标记，开展了低磷油菜主根长的全基因组关联分析，共检测到78个与主根长显著关联的SNP位点。两个A05染色体上的SNP位点(chrA05＿6491839、chrA05＿6499761)与课题组前期鉴定到的主根长QTL位点(qPRL_LP_A5)共定位。对该区间内的候选基因在“鄂油长荚”低磷和正常磷处理的根和地上部转录组测序数据中的基因表达量进行分析，筛选出候选基因BnaA05.FBP。该基因受缺磷显著诱导上调表达，地上部与根中的相对表达量差异倍数分别为90.81与20.68。低磷处理，磷高效与低效品种的产量与地上部BnaA05.FBP的相对表达量存在显著正相关性。 2.BnaA05.FBP响应低磷胁迫的功能研究 利用甘蓝型油菜BnaA05.FBP的基因组序列，鉴定到BnaFBP的5个油菜同源基因与1个拟南芥同源基因，分别命名为BnaA05.FBP、BnaA08.FBP、BnaC04.FBP、BnaC08.FBP、BnaCnn.FBP和AtFBP。其中，BnaA05.FBP与BnaA08.FBP相似性最高，同一性与相似性分别为91.41％与95.78％。BnaA05.FBP定位于细胞质中。构建并鉴定了拟南芥atfbp突变体、35S∷BnaA05.FBP/atfbp遗传互补材料与超表达BnaA05.FBP株系0X5#与OX6#,试验结果表明，BnaA05.FBP可以恢复atfbp突变体主根变短，地上部生长受抑制的表型。缺磷条件下超表达BnaA05.FBP促进了主根的伸长与侧根的生长，OX5#与OX6#株系地上部与根的生物量显著提高。BnaA05.FBP还能通过上调花青素合成基因的表达从而提高叶片中花青素的含量,显著促进可溶性糖、蔗糖与淀粉的合成。OX5#与OX6#株系中缺磷响应基因的相对表达量显著高于野生型，植株对无机磷的吸收与磷由根向地上部的转运显著增加。 本研究鉴定了低磷胁迫油菜主根长显著关联SNP及关键候选基因BnaA05.FBP,研究发现BnaA05.FBP主要通过提高蔗糖含量，强化缺磷时拟南芥中蔗糖作为系统信号的作用，促进植物根系生长及无机磷的吸收与分配。
甘蓝型油菜;全基因组关联分析;果糖-1,6-二磷酸酶;蔗糖;无机磷;低磷胁迫
华中农业大学
硕士
植物营养学
石磊
2023
中文
S565.4
2023-09-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）