甘藍(lán)型油菜半矮稈突變體dw-1的遺傳分析與激素響應(yīng)特性

宋稀，蒲定福，田露申，余青青，楊玉恒，代兵兵，趙昌斌，黃成云，鄧武明

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甘藍(lán)型油菜半矮稈突變體的遺傳分析與激素響應(yīng)特性

宋稀1，蒲定福2，田露申1，余青青1，楊玉恒1，代兵兵1，趙昌斌1，黃成云1，鄧武明1

（1南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川南充 637000；2四川綿邦農(nóng)業(yè)科技有限公司，四川綿陽(yáng) 621000）

【目的】株高是影響油菜抗倒性、豐產(chǎn)性和全程機(jī)械化進(jìn)程的關(guān)鍵性狀，油菜矮稈、半矮稈資源的發(fā)掘與研究，是實(shí)現(xiàn)株高遺傳改良的關(guān)鍵。目前油菜優(yōu)異矮源缺乏，通過(guò)對(duì)獲得的甘藍(lán)型自然矮化突變體進(jìn)行表型鑒定、遺傳分析及激素相關(guān)形態(tài)學(xué)、生理學(xué)分析，旨在綜合評(píng)估其利用潛能，為其在油菜矮化育種中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)并為后續(xù)基因定位、克隆奠定基礎(chǔ)?！痉椒ā繉⒏仕{(lán)型油菜品系141492自交6代后發(fā)現(xiàn)的半矮稈突變體經(jīng)游離小孢子培養(yǎng)獲得DH系群體，選取1個(gè)半矮DH系，暫命名，其平均株高約95 cm，變幅83—105 cm。對(duì)農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀、抗病性等進(jìn)行表型鑒定，并以與野生型高稈為親本構(gòu)建6世代遺傳群體，應(yīng)用主基因+多基因混合遺傳模型對(duì)株高進(jìn)行遺傳分析。通過(guò)光暗處理（16 h光照/8 h黑暗、24 h黑暗）形態(tài)學(xué)觀察、下胚軸與莖稈赤霉素敏感性測(cè)驗(yàn)，鑒定突變體突變類(lèi)型。【結(jié)果】與野生型相比，千粒重?zé)o明顯變化，菌核病病指、二次分枝數(shù)、單株角果數(shù)顯著或極顯著增加，主序有效長(zhǎng)、一次分枝數(shù)、株高、分枝部位高度、重心高度、主序角果數(shù)、每角粒數(shù)、單株產(chǎn)量顯著或極顯著降低，全生育期極顯著縮短。遺傳分析表明，株高的遺傳受1對(duì)加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因控制（D-0模型），主基因加性效應(yīng)-47.5，顯性度0.2；B1、B2、F2主基因遺傳率分別為76.0%、84.0%、85.0%，多基因遺傳率分別為4.1%、5.6%、6.7%。光照與黑暗條件下，形態(tài)建成正常且下胚軸長(zhǎng)度均極顯著低于野生型。外施低濃度赤霉素對(duì)下胚軸與莖稈伸長(zhǎng)作用不明顯，高濃度處理有顯著促進(jìn)作用，但均不能恢復(fù)至野生型表型?！窘Y(jié)論】田間綜合性狀優(yōu)良，矮生性狀以1對(duì)加性-顯性主基因遺傳為主，主基因又以加性效應(yīng)為主，常規(guī)雜交育種早代選擇有效。矮化機(jī)制與油菜素內(nèi)酯途徑無(wú)關(guān)，為赤霉素敏感性減弱應(yīng)答類(lèi)型。

甘藍(lán)型油菜；矮化突變體；遺傳分析；油菜素內(nèi)酯；赤霉素

0 引言

【研究意義】株高是影響作物抗倒性和豐產(chǎn)潛能的關(guān)鍵性狀。生產(chǎn)上運(yùn)用的甘藍(lán)型油菜植株高大易倒伏，雜交油菜的普及則再次增大了倒伏風(fēng)險(xiǎn)[1]。倒伏可引起光能利用率下降、貪青遲熟、病害蔓延、經(jīng)濟(jì)性狀?lèi)夯罱K引起產(chǎn)量下降。油菜結(jié)實(shí)期倒伏可減產(chǎn)15%—60%，花期倒伏甚至絕收，另外還可造成含油率等下降[2-3]。隨著油菜全程機(jī)械化技術(shù)的大力推廣，株高的限制則進(jìn)一步凸顯。植株高大，一方面結(jié)角層分散，成熟期一致性差，機(jī)收損失率大；另一方面分枝交織度高，易堵塞機(jī)具，影響機(jī)收效率；更重要的是倒伏田塊機(jī)收困難。歐洲以此提出機(jī)收油菜的理想株高1.2—1.3 m，傅廷棟[4]認(rèn)為中國(guó)機(jī)收油菜品種株高以小于1.5 m為宜?？梢?jiàn)加強(qiáng)矮稈、半矮稈資源的創(chuàng)制、研究與應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)油菜矮化育種意義重大?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】油菜矮化資源主要由化學(xué)誘變和自然突變產(chǎn)生，其中少數(shù)為多基因控制，如甘藍(lán)型油菜矮化自交系74-1002[5]為2對(duì)加性-顯性-上位性主基因調(diào)控，突變體6-8808[6]為2對(duì)隱性重疊基因控制，99CDAM[7]為3對(duì)隱性基因控制且存在細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)。大部分矮稈材料為單基因遺傳，根據(jù)基因效應(yīng)不同分為隱性、顯性、部分顯性或加性。Zeng等[8]通過(guò)EMS誘變獲得甘藍(lán)型突變體株高約95 cm，為1對(duì)隱性基因控制，且對(duì)赤霉素不敏感。澳大利亞引進(jìn)的甘藍(lán)型油菜矮源一號(hào)株高僅24 cm，為單顯性基因控制，顯性度0.66—0.80[9]。Wang等[10-11]報(bào)道了2個(gè)EMS誘變的甘藍(lán)型矮化突變體和株高約50和80 cm，均由單個(gè)顯性基因控制，分別定位于C5、A9染色體。Williams等[12]在快繁過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了4個(gè)白菜型矮稈突變體，其中[13]株高約45 cm，受1對(duì)不完全顯性基因控制，對(duì)赤霉素不敏感；Muangprom等[14-15]利用同源比較作圖的方法將矮稈基因定位于A6染色體，并揭示了矮化機(jī)理，后續(xù)將其成功轉(zhuǎn)入甘藍(lán)型油菜。李云等[16]在雜交選育后代中發(fā)現(xiàn)的株高約75 cm，由1對(duì)部分顯性基因調(diào)控。石淑穩(wěn)等[17]利用EMS誘變獲得2株突變體和，株高分別為106和95 cm，其中[18]為1對(duì)不完全顯性基因控制，對(duì)赤霉素不敏感，被認(rèn)為是一個(gè)極具育種價(jià)值的矮源；Liu等[19]將其定位于A6染色體并進(jìn)行了基因克隆與功能分析。Zhao等[20]報(bào)道的株高與接近，為1對(duì)不完全顯性基因控制，并將定位于C7，但其對(duì)株高的調(diào)控作用弱于。Foisset等[1,21]由EMS誘變獲得甘藍(lán)型油菜矮化突變體B192受1對(duì)加性基因控制，定位于A6染色體；Barret等[22]開(kāi)發(fā)了連鎖的SCAR標(biāo)記；是第一個(gè)在生產(chǎn)上應(yīng)用的油菜矮稈基因，近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入該基因的半矮稈雜交種較基因型為的正常稈雜交種具有更高的氮肥利用率[23]。[24]是利用快中子照射與DES誘變獲得甘藍(lán)型矮化突變體，株高約70 cm，為1對(duì)加性效應(yīng)基因控制；Gao等[25]發(fā)現(xiàn)其對(duì)赤霉素不敏感；Li等[26]對(duì)矮化相關(guān)基因進(jìn)行了序列分析。此外，前人通過(guò)芥甘雜交、甘白雜交等遠(yuǎn)緣雜交與航空誘變的方式，也獲得了100—170 cm的甘藍(lán)型半矮稈油菜資源[27-30]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，僅少數(shù)矮源進(jìn)行了基因定位、克隆、功能分析等深入研究或育種利用，國(guó)內(nèi)還未有油菜矮稈基因在生產(chǎn)上成功應(yīng)用的報(bào)道。優(yōu)異矮稈種質(zhì)資源匱乏是當(dāng)前油菜矮化育種面臨的主要問(wèn)題。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)對(duì)甘藍(lán)型油菜中發(fā)現(xiàn)的自然矮化突變體田間性狀進(jìn)行表型鑒定，采用主基因+多基因混合遺傳模型進(jìn)行株高遺傳研究，同時(shí)就矮化與激素的關(guān)系進(jìn)行形態(tài)學(xué)、生理學(xué)分析。明確該矮化突變體的遺傳規(guī)律與致矮的激素類(lèi)型，綜合評(píng)估其利用潛能，為其在油菜矮化育種中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，同時(shí)為后續(xù)基因定位、克隆及分子標(biāo)記輔助選擇奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

將甘藍(lán)型油菜高稈品系141492（由南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的低芥酸、低硫苷波里馬細(xì)胞質(zhì)雄性不育保持材料（南B7×SC94005）F5與高芥酸、高硫苷恢復(fù)系7R雜交并連續(xù)自交4代結(jié)合室內(nèi)品質(zhì)測(cè)試選獲的“雙低”保持材料）自交6代后發(fā)現(xiàn)的自然矮化突變體經(jīng)游離小孢子培養(yǎng)獲得DH系群體，選取1個(gè)半矮DH系，暫命名。其自交后代多年種植平均株高約95 cm（變幅83—105 cm），苗期葉色深綠，葉片匍匐，表面少許凹陷，分枝、莖稈等形態(tài)正常。所用半矮稈材料均為自交后代。

外源GA3為sigma分裝，購(gòu)于成都康迪生物技術(shù)有限公司。

1.2 遺傳群體構(gòu)建與田間性狀調(diào)查

2013年8月于貴州威寧夏繁配制高稈（P2）×半矮稈（P1）正反雜交組合F1，2014年正季按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)種植正反交組合各330株，成熟期株高方差分析顯示正反交F1差異不顯著（=1.81，0.05=18.51）。同時(shí)，將高稈×半矮稈正交F1套袋自交獲得F2群體，將正交F1作母本分別與P1、P2雜交獲得回交群體B1、B2。2015年9月28日于南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院瀠溪試驗(yàn)基地（北緯30.52°，東經(jīng)106.02°，海拔290 m；全生育期日均溫度1.1—23.0℃，日照時(shí)數(shù)約547.6 h）播種6個(gè)世代群體。本田前作大豆，黏壤土，土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況為pH7.07，有機(jī)質(zhì)含量9.7g·kg-1、堿解氮59.2 mg·kg-1、速效磷2.1 mg·kg-1、速效鉀92.0 mg·kg-1。為防止倒伏，以風(fēng)向垂直方向開(kāi)廂，施復(fù)合肥25 kg·667m-2（N﹕P2O5﹕K2O=30﹕5﹕5，總養(yǎng)分≥40%），菜籽餅粕50 kg·667m-2（有機(jī)質(zhì)含量≥75%，總養(yǎng)分N+P2O5+K2O≥8%）。11月6日移栽，株行距0.334 m×0.5 m，每行11株。完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，各重復(fù)P1、P2、F1、B1、B2、F2分別種植3、3、5、15、15、28行，世代間不設(shè)保護(hù)行，四周設(shè)置2行保護(hù)行。成熟期測(cè)量各群體株高，其中，P199株、P296株、F1167株、B1492株、B2490株、F2920株。同時(shí)成熟期按小區(qū)對(duì)兩親本全生育期和菌核病病指進(jìn)行田間觀察記載，各重復(fù)再分別取主莖無(wú)病的連續(xù)5株考察株高、分枝部位高度、重心高度、主序有效長(zhǎng)、主序角果數(shù)、一次分枝數(shù)、二次分枝數(shù)、單株角果數(shù)等主要農(nóng)藝性狀，整株風(fēng)干后按單株脫?？疾靻沃戤a(chǎn)量與千粒重，每角粒數(shù)由單株產(chǎn)量/單株角果數(shù)/千粒重×1000換算。

1.3 光暗處理形態(tài)學(xué)調(diào)查

參考王傳富[6]的方法，選取正常飽滿的高、矮種子10粒點(diǎn)播于培養(yǎng)皿，25℃光照培養(yǎng)間恒溫培養(yǎng)。分別設(shè)置24 h黑暗（紙箱遮光）和16 h光照/8 h黑暗2個(gè)處理，3次重復(fù)，7 d后考察幼苗表型并測(cè)量下胚軸長(zhǎng)度。

bar=10 cm

1.4 赤霉素誘導(dǎo)試驗(yàn)

1.4.1 下胚軸對(duì)赤霉素敏感性測(cè)驗(yàn) 參考高勇等[31]方法，將草炭土與泥土4﹕1混合均勻，等量稱(chēng)取裝于紙杯，選取正常飽滿的高、矮種子12粒播種于紙杯，并放置25℃培養(yǎng)間16 h光照/8 h黑暗恒溫培養(yǎng)。待子葉稍展開(kāi)，每隔1天噴施1次GA3，露白25 d后測(cè)量下胚軸長(zhǎng)度。GA3處理濃度為10、100、200、500和1 000 mg·L-1，清水為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.4.2 莖稈對(duì)赤霉素敏感性測(cè)驗(yàn) 參照Gao等[25]方法略作修改，選取土壤肥力均勻的防鳥(niǎo)網(wǎng)室，2016年11月2日穴播。株行距0.167 m×0.5 m，每行12株，每個(gè)處理3行。五葉期各行選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株7—9株掛牌標(biāo)記，按行逐一噴施GA3直至葉片漸濕，每周處理1次至抽苔期。GA3處理濃度為10、50、100、200和500 mg·L-1，對(duì)照噴清水，成熟時(shí)測(cè)量標(biāo)記單株株高。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用DPS 8.01軟件對(duì)所有測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析；采用最新SEA軟件包（R語(yǔ)言編寫(xiě)）對(duì)株高進(jìn)行植物數(shù)量性狀混合遺傳模型主基因+多基因多世代聯(lián)合分離分析[32-33]。通過(guò)極大似然分析與IECM（iterated expectation and conditional maximization）算法，估算各世代成分分布參數(shù)及各種模型極大似然函數(shù)值。采用AIC值最小原則篩選候選模型，并進(jìn)行一組適合性檢驗(yàn)，包括均勻性檢驗(yàn)（122232）、Smirnov檢驗(yàn)（n2）和Kolmogorov檢驗(yàn)（n），以此確定最佳模型，并根據(jù)成分分布參數(shù)估算基因效應(yīng)值及遺傳方差。SEA軟件包由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院章元明教授提供。

2 結(jié)果

2.1 表型鑒定

田間種植4 000株/667 m2條件下，自交后代平均單株產(chǎn)量16.2 g，比野生型高稈降低37.2%（表1）。進(jìn)一步剖析產(chǎn)量構(gòu)成因子發(fā)現(xiàn)，其單株角果數(shù)比高稈增加12.3%，達(dá)極顯著水平；千粒重變化不顯著；每角粒數(shù)極顯著降低，比高稈下降42.2%，是造成矮稈單株產(chǎn)量降低的主要因素。農(nóng)藝性狀中，除二次分枝數(shù)較高稈極顯著增加外，其余性狀均顯著或極顯著降低，其中分枝部位高度降幅最大，達(dá)72.5%，其次是株高與重心高度，分別降低38.2%和34.2%。另外，全生育期較高稈縮短約5.4 d，菌核病病指顯著增加。

表1 dw-1與野生型農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀及抗病性

PH：株高；BH：分枝部位高度；HGC：重心高度；GD：全生育期；LMI：主序有效長(zhǎng)；SMI：主序角果數(shù)；PB：一次分枝數(shù)；SB：二次分枝數(shù)；SP：?jiǎn)沃杲枪麛?shù)；SW：千粒重；SS：每角粒數(shù)；YP：?jiǎn)沃戤a(chǎn)量；DISSR：菌核病病指；表型數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差。*與**分別表示在0.05、0.01水平差異顯著

PH: Plant height; BH: Branch height; HGC: Height of gravity center; GD: Growth duration; LMI: Length of main inflorescence; SMI: Number of siliques on main inflorescence; PB: Number of primary branches; SB: Number of second branches; SP: Number of siliques per plant; SW: 1000-seed weight; SS: Seeds per silique; YP: yield per plant; DISSR: Disease index of Sclerotinia stem rot. Values are mean±SD. * and ** indicate significant difference at 0.05 and 0.01 levels, respectively

2.2 遺傳分析

2.2.1 株高表型數(shù)據(jù)分布 由表2可知，P1平均株高115.8 cm，P2平均株高201.0 cm，F(xiàn)1株高介于雙親之間，略低于雙親均值。B1、B2、F2群體均存在明顯多峰現(xiàn)象，可見(jiàn)矮稈性狀存在主效基因的控制。

2.2.2 候選遺傳模型篩選及適合性檢驗(yàn) 將6世代株高表型數(shù)據(jù)進(jìn)行主基因+多基因聯(lián)合分離分析，獲得5類(lèi)24種遺傳模型的極大似然函數(shù)值和AIC值（表3）。根據(jù)AIC值最小原則，篩選出候選模型4個(gè)，分別為B-1（2對(duì)加性-顯性-上位性主基因）、D-0（1對(duì)加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因）、E-0（2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因）、E-3（2對(duì)加性主基因+加性-顯性多基因）。進(jìn)一步對(duì)候選模型進(jìn)行適合性檢驗(yàn)，其中，E-3模型2個(gè)統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平，B-1、E-0模型均有1個(gè)統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平，D-0模型30個(gè)統(tǒng)計(jì)量均未達(dá)到顯著水平，且其AIC值最低，因此，確定D-0為最佳遺傳模型。

表2 6個(gè)世代株高次數(shù)分布及基本統(tǒng)計(jì)量

表3 各模型的極大對(duì)數(shù)似然函數(shù)值、AIC值

MG：主基因模型；PG：多基因模型；MX：主基因+多基因混合遺傳模型；A：加性效應(yīng)；D：顯性效應(yīng)；I：互作；E：相等；N：負(fù)向；C：完全

MG: Major gene model; PG: Polygene model; MX: Mixed major gene and polygene model; A: Additive effect; D: Dominant effect; I: Interaction; E: Equal; N: Negative; C: Completely

2.2.3 遺傳參數(shù)估計(jì) 根據(jù)IECM算法估算的最適遺傳模型下6個(gè)世代各成分分布參數(shù)，利用最小二乘法估計(jì)株高的遺傳參數(shù)。由表4可知，主基因加性效應(yīng)為-47.5，與前面定義的P1為矮稈親本相對(duì)應(yīng)，該基因存在使株高降低。顯性效應(yīng)-7.7，表明矮稈基因顯性效應(yīng)作用大于高稈基因。顯性度為0.2，說(shuō)明主基因加性效應(yīng)起主導(dǎo)作用，因此，高、矮雜交F1株高呈現(xiàn)中親值略偏向于矮稈親本。B1、B2、F2主基因遺傳率分別為76.0%、84.0%和85.0%，多基因遺傳率分別為4.1%、5.6%和6.7%，可見(jiàn)株高的遺傳主要受到1對(duì)主基因的控制，多基因的遺傳貢獻(xiàn)率低。另外，3個(gè)世代環(huán)境變異分別為19.9%、10.4%和8.3%，故的育種利用可在早世代對(duì)株高進(jìn)行選擇。

表4 D-0模型下株高遺傳參數(shù)估計(jì)

m—m：分別表示P1、F1、P2、B1、B2、F2群體的平均數(shù)；：主基因加性效應(yīng)；：主基因顯性效應(yīng)；：主基因顯性度；：表型方差；：主基因方差；：多基因方差；(%)：主基因遺傳率；(%)：多基因遺傳率

m-m: Population mean of P1，F(xiàn)1，P2，B1，B2，F(xiàn)2;: Additive effect of the major gene;: Dominant effect of the major gene;/: Degree of dominance of major gene;: Phenotypic variance;: Major gene variance;: Polygene variance;(%): Heritability of major gene;(%): Heritability of polygene

2.3 矮化生理分析

2.3.1 光暗處理形態(tài)構(gòu)建 為弄清矮化是否與BR途徑相關(guān)，進(jìn)行了光暗處理幼苗形態(tài)學(xué)分析（圖2）。光照處理下，子葉綠色、平展、有真葉；黑暗處理下，子葉黃化、呈閉合彎鉤狀、無(wú)真葉，光暗形態(tài)建成均表現(xiàn)正常。而前人在油菜近源物種擬南芥中研究發(fā)現(xiàn)，[34]、[35]、[36]等BR合成突變體幼苗暗生長(zhǎng)表現(xiàn)為下胚軸短、頂端彎鉤消失、子葉展開(kāi)真葉出現(xiàn)、脫黃化等光形態(tài)建成，故此推測(cè)致矮機(jī)制與BR途徑無(wú)關(guān)。且無(wú)論光照或是黑暗處理，下胚軸長(zhǎng)度均極顯著小于野生型（圖3）。

bar= 1cm

2.3.2 赤霉素敏感性分析 下胚軸對(duì)GA3敏感性測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明（圖4-A），隨著外源GA3處理濃度增加，野生型高稈下胚軸逐漸伸長(zhǎng)，當(dāng)濃度達(dá)100 mg·L-1時(shí)下胚軸長(zhǎng)度比野生型清水對(duì)照（CK1）顯著伸長(zhǎng)，濃度為1 000 mg·L-1時(shí)下胚軸伸長(zhǎng)達(dá)最大值。在10—500 mg·L-1濃度GA3處理下，下胚軸長(zhǎng)度隨濃度增加伸長(zhǎng)不明顯，當(dāng)濃度達(dá)1 000 mg·L-1時(shí)，下胚軸比其清水對(duì)照（CK2）顯著伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)率為18.3%，但仍顯著低于同濃度處理野生型下胚軸長(zhǎng)度。為進(jìn)一步明確株高對(duì)赤霉素的響應(yīng)，進(jìn)行了GA3誘導(dǎo)莖稈伸長(zhǎng)試驗(yàn)，結(jié)果（圖4-B）表明，當(dāng)外施GA3濃度達(dá)50 mg·L-1時(shí)，野生型株高較CK1顯著降低，200 mg·L-1后隨濃度繼續(xù)增大，不同濃度間株高變化不明顯。而在外源GA3濃度10—100 mg·L-1時(shí)，株高相比CK2變化不明顯；當(dāng)處理濃度為200—500 mg·L-1時(shí)，株高顯著增加，伸長(zhǎng)率分別為9.5%和8.3%，但仍極顯著低于同濃度處理野生型株高。綜合下胚軸與莖稈對(duì)赤霉素的響應(yīng)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)具有相似的規(guī)律，均表現(xiàn)對(duì)低濃度GA3反應(yīng)不明顯，高濃度處理下有小部分恢復(fù)。說(shuō)明相比野生型對(duì)赤霉素的敏感程度明顯下降，且下胚軸相比莖稈對(duì)赤霉素的反應(yīng)更為鈍感。

不同字母表示處理間在0.05水平差異顯著 Different letters represent significant difference between different treatments at 0.05 level

3 討論

水稻、小麥等禾本科作物矮化育種已十分成熟，迄今登記的水稻矮稈基因已達(dá)100余個(gè)（http://shigen. nig.ac.jp/rice/oryzabase/），其中大部分為單隱性基因控制，少數(shù)為顯性或部分顯性，生產(chǎn)上主要利用的是隱性基因，其介導(dǎo)了赤霉素的生物合成[37]。小麥生產(chǎn)上主要利用的是系列基因，目前已有20多個(gè)被報(bào)道[38]，包括單隱性基因、單顯性或部分顯性基因，生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的是、和，其中和參與了赤霉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[39]。目前，油菜中發(fā)現(xiàn)的矮源仍十分有限，具有育種利用價(jià)值的矮化資源匱乏。本研究發(fā)現(xiàn)的矮稈材料株高遺傳穩(wěn)定，其自交后代多年種植成熟期平均株高約95 cm（文中稀植條件下平均株高115.8 cm），與突變體、株高接近，同屬于甘藍(lán)型半矮稈油菜。相比、、等矮稈突變體高出20 cm左右，比、矮源1號(hào)則高45—70 cm，株高的部分優(yōu)勢(shì)，使得單株生產(chǎn)潛力較好，產(chǎn)量下降程度明顯較[16]、[24]緩慢。從產(chǎn)量構(gòu)成的變化看，目前已報(bào)道的矮化突變體主要有以下三類(lèi)，分別為角果數(shù)顯著減少，如[18]；角果數(shù)與角粒數(shù)顯著減少，如[24]；以及角果數(shù)、角粒數(shù)、千粒重均顯著減少，如[16]?？梢?jiàn)單株角果數(shù)減少在矮化突變體中發(fā)生較為普遍，但單株角果數(shù)較原始高稈卻極顯著增加，其主要源于二次分枝角果數(shù)的增加；角粒數(shù)極顯著降低，也是造成單株產(chǎn)量下降的主要原因，千粒重則變化不大。此外，發(fā)現(xiàn)生育期提前，這與大多數(shù)矮化突變體表現(xiàn)正好相反，而與梅德勝等[7]報(bào)道的99CDAM相似，其早熟特性有利于機(jī)收品種的選育。菌核病抗性下降則是目前大多數(shù)矮稈材料普遍存在的問(wèn)題，可能與株高、分枝部位高度大幅降低，田間通透性下降有關(guān)，且早熟品種相比中熟品種也更易感病，屬于植物的時(shí)間避病機(jī)制。為此，筆者嘗試將與不同來(lái)源中抗菌核病資源進(jìn)行雜交選育，以期提高其自身菌核病抗性。同時(shí)近兩年通過(guò)化學(xué)殺雄方式將與自育的系列優(yōu)良高稈材料進(jìn)行組配，發(fā)現(xiàn)直接配組仍然能夠篩選到部分田間菌核病發(fā)病較輕的組合。因此，就田間綜合性狀表現(xiàn)來(lái)看，認(rèn)為是一個(gè)優(yōu)良的半矮稈材料，具有較好的利用前景。

油菜矮化突變體的遺傳，前人研究表明不同的矮源可受1—3對(duì)主基因控制，但以單基因遺傳居多。本研究發(fā)現(xiàn)矮化表型以1對(duì)加性-顯性主基因控制為主，同時(shí)存在多基因的作用。從單個(gè)主基因的性質(zhì)看，已報(bào)道的矮源除B192[1]、[8]、[24]、10D130[30]外，大都表現(xiàn)矮對(duì)高為顯性，這點(diǎn)與大多數(shù)矮化突變體一致。但主基因顯性度不高，相比而言加性效應(yīng)作用更大，其主基因的遺傳規(guī)律與突變體[13]、[16]、[18]、[20]較為相似。目前理論與大量育種實(shí)踐表明1.5—1.7 m是機(jī)收油菜較為理想的株高[4,40-41]，能較好的兼顧抗倒性與產(chǎn)量提升，而普通油菜品種株高1.7—2.2 m。因此，加性基因控制為主的矮稈資源更能切合油菜雜種優(yōu)勢(shì)利用為主的育種現(xiàn)狀，育種者可根據(jù)雜交種F1株高實(shí)際需求的不同，選擇不同高度的高稈親本與進(jìn)行組配，達(dá)到對(duì)雜交種F1理想株高人為調(diào)控的目的。

作物矮化大多與GA、BR生物合成或信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)，少數(shù)與生長(zhǎng)素（IAA）有關(guān)[42]。Kumar等[43]在水稻中最先提出利用GA3敏感性反應(yīng)作為鑒定新矮源的方法。目前激素對(duì)油菜矮化突變體的影響研究并不多，已報(bào)道的突變體主要與赤霉素相關(guān)。其中，M176[44]及快繁過(guò)程發(fā)現(xiàn)的白菜型油菜矮稈突變體和[45]為赤霉素敏感型；[20]為赤霉素敏感性減弱應(yīng)答類(lèi)型；6-8808[6]、[8]、[13]、[18]、[25]為赤霉素不敏感類(lèi)型。本文發(fā)現(xiàn)也屬于赤霉素敏感性降低類(lèi)型，高濃度赤霉素處理對(duì)下胚軸和莖稈伸長(zhǎng)雖有顯著促進(jìn)作用，但不能完全恢復(fù)至野生型對(duì)照表型，且誘導(dǎo)下胚軸伸長(zhǎng)所需濃度高于莖稈伸長(zhǎng)濃度。相比，下胚軸伸長(zhǎng)雖不及同濃度赤霉素處理野生型表型，但在低濃度處理下即可顯著超過(guò)野生型對(duì)照表型；同樣在外源赤霉素濃度100 mg·L-1時(shí)下胚軸長(zhǎng)度亦可顯著超過(guò)正常稈對(duì)照表型?？梢?jiàn)就下胚軸對(duì)赤霉素的反應(yīng)而言，較、更為鈍化。另外黑暗處理下與表現(xiàn)也存在差異，前者下胚軸長(zhǎng)度與正常稈品種間并無(wú)差異，而下胚軸長(zhǎng)度仍不及野生型1/2。但是，相比、等赤霉素不敏感突變體，外施赤霉素對(duì)莖稈伸長(zhǎng)無(wú)顯著作用，而莖稈對(duì)赤霉素的敏感性明顯增強(qiáng)。因此，初步判定可能為一個(gè)新的半矮稈資源，其矮化與赤霉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)基因的突變有關(guān)，后續(xù)分子標(biāo)記與定位研究仍在進(jìn)行中。

4 結(jié)論

矮化表型受到1對(duì)加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因控制，主基因遺傳率較高，適于早世代選擇。其矮化機(jī)制與油菜素內(nèi)酯途徑無(wú)關(guān)，為赤霉素敏感性減弱應(yīng)答類(lèi)型。是一個(gè)優(yōu)良的半矮稈材料，可在油菜株高改良中加以利用。

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（責(zé)任編輯 李莉）

Genetic Analysis and Characterization of Hormone Response of Semi-dwarf MutantL.

SONG Xi1, PU DingFu2, TIAN LuShen1, YU QingQing1, YANG YuHeng1, Dai BingBing1, ZHAO ChangBin1, HUANG ChengYun1, DENG WuMing1

(1Nanchong Academy of Agricultural Sciences, Nanchong 637000, Sichuan;2Sichuan Mianbang Agricultural Science and Technology Co., Ltd, Mianyang 621000, Sichuan)

【Objective】Plant height has an great effect on lodging resistant, productivity and mechanical operation in rapeseed. Identification and research of dwarf and semi-dwarf germplasm in rapeseed will facilitate genetic improvement of plant height. At present, excellent dwarf germplasm in rapeseed is seriously deficient. In this study, we obtained a semi-dwarf natural mutant inand it was evaluated by phenotypic identification, genetic analysis and morphological and physiological analysis correlated to plant hormone. This work provide a theoretical basis for dwarf breeding and will contribute to further gene mapping and cloning.【Method】A semi-dwarf mutant discovered from rapeseed line 141492 after six generations of self-crossing was used to produce DH population by isolated microspores culture, from which we choose one namedwith the average plant height of 95 cm (83-105 cm) to identify its performance on agronomic traits, economic traits and disease resistance. Joint segregation analysis of six generations derived from a cross betweenand wild type was carried out to reveal the inheritance of plant height based on major gene plus polygene mixed model. Morphology analysis of light and dark treatment (16 hL/8 hD, 24 hD) and exogenous gibberellins sensibility test of hypocotyls and stems were performed to classify the mutant. 【Result】Compared with wild type, 1000-seed weight did not change while disease index of sclerotinia stem rot, number of secondary braches and number of siliques per plant increased significantly or extremely significantly in. Length of main inflorescence, number of primary branches, plant height, branch height, height of gravity center, number of siliques on main inflorescence, seeds per silique and yield per plant decreased significantly or extremely significantly and growth duration was shortened remarkably. Genetic analysis indicated thatwas controlled by a pair of major gene withadditive-dominant effects plus polygene with additive-dominant-epistasis effects (D-0 model). Additive effect and degree of dominance of major gene were -47.5 and 0.2, respectively. The heritability of major gene in B1, B2, F2population were 76.0%, 84.0% and 85.0%, respectively, and those of polygene were 4.1%, 5.6% and 6.7%, respectively. Morphogenesis ofwas normal and the length of hypocotyl ofwas decreased significantly compared with the wild type regardless of light or dark condition (< 0.01). Exogenous gibberellic acid 3 (GA3) with lower concentration had no obvious effect on elongation of hypocotyls and stems inwhile they could be partially rescued in higher concentration but not to the wild type phenotype. 【Conclusion】Mutantwith good comprehensive performance was mainly controlled by one pair of additive-dominant major gene dominated by additive effect. Selection of plant height can be carried out in earlier generation of conventional hybridization breeding.was unrelated to brassinosteroid (BR) pathway and showed a reduced response to GA3.

L.; dwarf mutant; genetic analysis; brassinosteroids; gibberellic acid

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.001

2019-01-21；

2019-03-11

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD0100504）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金（CARS-12）、四川省重大科技專(zhuān)項(xiàng)（2018NZDZX0003）、四川省“十三五”農(nóng)作物及畜禽育種攻關(guān)（2016NYZ0031）

宋稀，E-mail：xixi420.haha@163.com。通信作者鄧武明，E-mail：dengwmncnky@163.com