正常供磷及低磷胁迫下油菜种子植酸浓度与含量的全基因组关联分析

作者：刘海疆; 李晓娟; 谢毅文; 吴海亚; 鲁明星; 丁广大; 徐芳森; 石磊^*

来源：植物营养与肥料学报, 2021, 27(10): 1692-1702.

• 甘蓝型油菜
• 植酸
• 低磷胁迫
• 全基因组关联分析
• 单倍型

【目的】鉴定不同磷水平油菜种子植酸浓度(PAConc)和含量(PACont)显著关联的SNP位点,挖掘候选基因及其优异单倍型,为油菜低植酸品种的培育提供遗传基础和优异基因资源。【方法】采用田间试验,测定正常供磷(施磷,P2O5 90 kg/hm2)及低磷(不施磷,P2O5 0 kg/hm2)条件下403个甘蓝型油菜品种种子中的PAConc和PACont,利用基于全基因组重测序技术获得的530多万个高质量SNP (single nucleotide polymorphism)标记,用TASSEL 5.0软件中的一般线性模型(general linear model,GLM)和混合线性模型(mixed linear model,MLM)进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS),鉴定种子植酸浓度和含量显著关联的SNP位点及其候选基因。采用Bcftools提取BnaA07.MRP13基因的SNP,利用Haploview 4.2软件进行单倍型分析。【结果】关联群体正常供磷处理PAConc变异范围为17.52～81.32 mg/g,PACont变异范围为0.30～0.99 mg/5粒种子;低磷处理PAConc变异范围为17.47～49.05 mg/g,PACont变异范围为0.33～0.85mg/5粒种子。与正常供磷相比,关联群体低磷胁迫下的PAConc和PACont均值分别降低13.5%和10.8%。GLM模型检测到56个与油菜种子植酸浓度和含量显著关联的SNP位点,分布在除A08和C03外的17条染色体上,它们对表型变异的解释率为7.33%～14.28%。其中A03染色体上含有最多的SNP (9个)。MLM模型共检测到23个与油菜种子植酸浓度和含量显著关联的SNP位点,分布在A03、A05、A06、A07、A09、C01、C02、C04、C05、C06和C07等11条染色体上,它们对表型变异的解释率为9.6%～14.28%。其中A03染色体上含有8个SNP。对显著SNP位点上下游300 kb范围内的基因进行分析,挖掘出可能与种子中植酸合成相关的14个候选基因,其中包括拟南芥植酸合成通路中的MRP、PLC、PIP5K和SULTR4等同源基因。对BnaA07.MRP13进行候选基因关联及单倍型分析,鉴定出高植酸单倍型"BnaA07.MRP13ContHap1"(TTTA)和低植酸单倍型"BnaA07.MRP13ContHap2"(CCCT)。自然群体中18%的品种(72/403)为低植酸单倍型,种子平均植酸含量为0.56 mg/5粒种子,极显著低于高植酸单倍型(平均植酸含量为0.62 mg/5粒种子)。【结论】正常供磷和低磷胁迫下,油菜种子植酸浓度和含量均具有广泛的遗传变异。GLM模型和MLM模型分别检测到56和23个与油菜种子植酸浓度和含量显著关联的SNP位点,预测的与油菜种子植酸含量相关的候选基因有14个,发现的BnaA07.MRP13的高和低植酸单倍型为后续油菜种子植酸含量的遗传改良奠定了基础。

• 单位
  华中农业大学; 作物遗传改良国家重点实验室