华中农业大学杨万能郭亮课题组合作揭示甘蓝型油菜耐盐性的遗传机制

以下文章来源于植物与环境 PCE ，作者植物与环境 PCE

盐胁迫是陆地生态系统的主要环境威胁之一。甘蓝型油菜在油用、饲用、蔬菜和旅游观光等方面具有重要经济价值。然而，严重的盐胁迫导致生物量降低，甚至颗粒无收等经济损失。如何有效提高甘蓝型油菜的耐盐性，培育耐盐、抗盐新品种是保障粮油安全的迫切需求。鉴于盐胁迫响应的复杂性和研究群体较大等特点，传统的性状获取手段存在通量低、耗时费力、精度低、破坏性等缺点。近年来，以高通量、自动化、智能化和动态无损测量为主要特征的表型组学技术发展迅速，基于高通量表型分析平台结合GWASs和连锁分析等手段，有助于解析甘蓝型油菜耐盐性遗传机制。

近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室杨万能教授研究组联合郭亮教授研究组在Plant, Cell & Environment上合作发表了题为“High-throughput phenotyping-based QTL mapping reveals the genetic architecture of the salt stress tolerance of Brassica napus”的研究论文，基于华中农业大学高通量作物表型平台，结合高光谱和RGB等成像技术手段对505份甘蓝型油菜自然群体材料在正常、低盐和高盐胁迫下的表型进行连续无损检测。针对91份导入系群体材料，在5个生长发育时期结合6个盐、碱和盐碱条件下获得了丰富的与盐碱胁迫响应相关的图像性状（image based traits）。GWAS分析鉴定到大量与盐胁迫相关的候选基因和QTLs，为甘蓝型油菜耐盐性遗传改良提供了丰富的表型组数据和遗传基础。

利用505份甘蓝型油菜自然群体材料（对照组，低盐胁迫组和高盐胁迫组）共收集了454,500张侧视图像，22,725张顶视图像和13,635张高光谱图像。对91份导入系材料进行5次可见光成像共收集了245,700张侧视图像和12,285张顶视图像。在不同时期和处理条件下共获得8,792个原始图像性状指标，包括432个侧视性状指标，136个顶视性状指标，8,160个高光谱性状指标以及64个人工测量的性状指标（图1）。

图1. 实验设计及数据分析流程。(a) 高通量表型平台及实验设计。(b) 侧视RGB，顶视RGB和高光谱图像获取。(c) 高通量表型图像分析和性状提取。

结合遗传力（H2b ≥ 0.5），最大相关系数（R ≥ 0.5）和盐胁迫处理效应（P < 0.05），通过严格的过滤标准，最终获得了928个与盐胁迫响应相关的图像性状指标。GWAS分析鉴定到657,136个显著的SNPs，人工测量性状鉴定到5,531个与盐胁迫响应相关的显著SNPs，高光谱图像指标鉴定到283,227个与盐胁迫响应相关的SNPs。因此高通量表型平台比传统人工方法更加有效地鉴定出与盐胁迫响应相关的SNPs。其中1,197个显著的SNPs（占人工鉴定SNPs的21.64%）与高通量图像表型指标之间存在共定位的现象。表明基于高通量表型平台的QTL定位是揭示甘蓝型油菜盐胁迫响应复杂机制的有效方法。进一步对候选基因的耐盐性功能验证，筛选和确定了BnCKX5和BnERF3基因。转基因研究表明，超表达BnCKX5  对盐胁迫较为敏感，而超表达BnERF3对盐胁迫表现为较强的抗性。

本研究结合高通量表型组和QTL-mapping等技术，鉴定到大量与盐胁迫响应相关图像性状及调控候选基因，对甘蓝型油菜耐盐育种具有重要的参考和应用价值，为挖掘作物相关性状候选基因提供了一种新思路和方法。

华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室张国方博士为论文的第一作者，杨万能教授、郭亮教授和冯慧老师为共同通讯作者。华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室刘克德教授对导入系材料提供了支持和帮助。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、湖北省重大科技项目和高校基础研究基金的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14485

本文转载自植物生与环境 PCE

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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