2018年油菜种业科研进展(2018年种业发展报告节选)

1. 原始创新进展

研究发现了油菜硼转运关键基因的重要作用。油菜硼转运基因

BnaC4.BOR1 ;1c 为油菜正常开花结实所必需,过量表达 BnaC4. BOR1 ;1c 能互补拟南芥 bor1 突变体,提高其对低硼胁迫的抗性。甘蓝型油菜 BnaC4. BOR1 ;1c 基因起着由根向地上部转运硼和地上部硼向花器官分配的功能。如根系硼向地上部运转受阻,则会导致缺硼症,籽粒产量严重下降。

研究克隆了芥菜型油菜多室角果基因。多室角果基因 Bjmc1 位于 J17 染色体,是拟南芥 AtCLV1 的同源基因。在芥菜型油菜的基因组中,AtCLV1 基因有两个同源拷贝,分别为 BjCLV1a 和 BjCLV1b。互补测验及表达分析结果证明,BjCLV1b 即为 Bjmc1 基因的目标基因。形态、qPCR、GUS 染色等分析结果表明,三室角果的形成是从花分生组织形成时期开始的。

克隆并鉴定了花青素合成调控基因。通过比较转录组分析,鉴定并克隆了导致附加系产生红花瓣的来自诸葛菜的花青素合成调控基因 OvPAP2。分析表明,转化植株红色花瓣中花青素合成路径的关键酶基因 DFR 与 ANS 的表达量显著上调,有更多特异性的花青素产生。

研究发现油菜每角粒数主要由母体和胚基因型共同控制。人工自交和杂交遗传学实验发现 ,油菜每角粒数主要由母体效应决定(79%),而花粉直感效应的影响较小(21%)。多粒和少粒材料每角粒数的变异是由于其四个构成差异的累加效应,其中每子房胚珠数、可育胚珠比例、可育胚珠授精率、授精胚珠发育率的相对贡献分别为 31%、18%、7% 和 44%。

研究发现调控油菜株型的重要基因。对 A06 染色体上一个控制分枝角度的主效 QTL 的候选基因 BnaYUC6 进行功能分析。BnaYUC6 过量表达的油菜植株表现出叶夹角变大、分枝角度变小的表型,采用 CRISPR/Cas9 技术获得了 BnaYUC6 和 BnaTAR 突变植株,其中突变 BnaTAR 在油菜中的 4 个基因拷贝后,植株表现出明显的变小、矮化和不育的表型。

研究分析了 RNA 分布情况。在 B. napus、B. oleracea、B. rapa 中分别检测到 1 885 个、1 910 个及 1 299 个 lncRNA 和 186 个、157 个及 161 个 miRNA。IncRNA 序列在 3 个物种间差异很大,约 1/4 的 lncRNA 定位到串联重复区域;在 B. napus 中,lncRNA 和 miRNA 的表达偏向于 A 基因组而不是 C 基因组;B. napus 和 B. oleracea 中miRNAs 在基因区域的表达高于非基因区域。绘制完成了亚洲半冬型油菜品种中双 11 号的基因组草图。与冬型品种 Darmor-bzh 及两个祖先基因组(A、C)进行比较,发现两个品种的遗传差异;其中一些遗传差异与关键的农艺性状有关。这一研究结果提高了人们对亚洲不同油菜品种遗传多样性及半冬型油菜种植历史的认识。

2. 育种方法与技术研究进展

创制出“菘油”CMS 的三系配套技术。通过甘蓝型油菜品种“华双 3 号”和菘蓝根(即板蓝根)的体细胞融合,获得了具有双亲染色体组成的体细胞杂种及包含每条菘蓝染色体的甘蓝型油菜全套单体附加系,选育出甘蓝型油菜“菘油”细胞质雄性不育系 inap CMS。通过小孢子培养将一条菘蓝染色体上的恢复基因导入甘蓝型油菜,获得雄蕊发育正常、自交结实率高、恢复性好的 inap CMS 的恢复系,从而实现了“菘油”CMS 的三系配套。

建立了油菜双单倍育种方法体系。利用人工合成方法创制甘蓝型油菜双单倍体诱导系Y3380、Y3560,双单倍体诱导系有类似小孢子培养快速纯合基因型的作用,利用油菜双单倍体诱导系技术体系可以快速选育遗传稳定的甘蓝型油菜育种新材料,在恢复系、保持系的选育中可节约时间一倍以上,最快 2~3 代可以获得遗传稳定的株系。

建立了油菜基因组编辑技术平台。通过替换驱动 sgRNA 的启动子,获得了目标位点突变的转基因材料,突变效率为 10%~20%,并建立了非变性胶检测突变及 PCR 直接测序分析突变的技术体系,为油菜基因的功能分析奠定了基础。

构建 qPrimerDB 数据库。基于热动力学的基因特异 qPCR 引物设计流程构建了 147 个物种共 3 331 426 个基因的 51 091 785 对 qPCR 引物。该数据库的建立为涉及相关检测分析的研究人员提供了宝贵的引物数据,极大地提高了不同研究人员结果的可比性,具有重要的意义和价值。

3. 育种材料创新进展

创制系列甘蓝—黑芥单体异附加系。利用甘蓝(CC,2n=18)与黑芥(BB,2n=16)杂交获得的 CCB(2n=26)杂种与甘蓝连续回交,结合分子标记和基因组原位杂交分析,共鉴定到除 B2 染色体之外的所有 B 基因组染色体的单体附加系。系列甘蓝—黑芥单体异附加系的获得为黑芥基因组结构解析和进化分析提供良好材料。

创新多种特异种质。创制出高含油量、长角果、黄籽、坚秆、矮秆、早熟、株型紧凑等油菜新材料;收集和创制含亚麻酸 15% 左右的育种材料、创制出油酸含量超过 75% 的新材料、黄籽高油酸材料等;筛选出高抗根肿病材料并培育橘红色、红色、白色等不同花色油菜种质资源;鉴定出农艺性状较好,单株产量超过区试对照南油 12 的高收获指数材料 15 份,平均收获指数超过 33%,高于群体平均数(平均 20% 左右)50% 以上;抗根肿病油菜新品种及磺酰脲类除草剂油菜新品种选育取得突破,代表性品种分别为华油杂 62R、华双 5R 和宁 R101 ;选育出油酸超过 75%的高油酸油菜新品种。

(油菜育种科研进展材料提供人:华中农业大学沈金雄教授)


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