甘蓝型油菜茎秆强度相关性状<bold>QTL</bold>分析

徐亮; 李开祥; 郭少敏; 杜德志; XU Liang; LI Kaixiang; GUO Shaomin; DU Dezhi

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甘蓝型油菜茎秆强度相关性状QTL分析 PDF

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徐亮
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李开祥
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郭少敏
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杜德志
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青海大学农林科学院/青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室/国家油菜改良中心青海分中心/ 青海省春油菜遗传改良重点实验室/青海省春油菜工程技术研究中心，西宁 810016

最近更新：2024-12-06

DOI：10.13430/j.cnki.jpgr.20240301003

摘要

倒伏影响作物产量和机械收获。茎秆强度是作物抗倒育种的重要目标。本研究以茎秆强度及其相关性状存在显著差异的两个甘蓝型油菜品种（系）G922和中双11号为亲本构建的DH群体为材料，对该群体茎秆强度相关性状进行QTL分析。结果表明：（1）中双11号和G922的杂种F₁在茎直径、茎壁厚度和茎折断力上存在明显的正向中亲优势；茎折断力与茎直径、茎壁厚度、茎壁木质部厚度、茎壁穿透力均呈极显著正相关，茎壁穿透力与茎壁木质部厚度呈极显著正相关。（2）构建了包含1984个SNP标记、总长度为2592.64 cM的甘蓝型油菜遗传连锁图谱，在4个环境下共检测到90个茎秆强度及其相关性状QTL；其中有17个QTL能在多环境下重复检测到，包括6个茎直径QTL、5个茎秆强度QTL、2个茎壁厚度QTL和4个茎折断力QTL；茎直径主效QTL cqSD.C8-1在4个环境下能重复检测到，对表型变异的贡献率为14.67%；A2染色体上4个茎直径QTL、C6染色体上4个茎秆强度QTL分别组成QTL簇cqSD.A2、cqSS.C6。（3）茎直径QTL簇cqSD.A2及其连锁的3个分子标记（Bn-A02-p7893901、Bn-A02-p10176749、Bn-A02-p10668400），QTL cqSD.C8-1及其连锁的2个分子标记（Bn-scaff_25981_1-p90999、Bn-scaff_16287_1-p366585）可用于分子标记辅助育种。本研究进一步丰富了甘蓝型油菜抗茎倒的遗传机理，为茎直径性状精细定位及分子标记辅助育种奠定了基础。

关键词

甘蓝型油菜; 茎秆强度; QTL定位; SNP芯片

倒伏不仅导致农作物减产，还会影响农产品品质和机械收获^［

1-2］。作物倒伏可分为根倒和茎倒（茎秆折断）两种类型^{［参考文献 3

百度学术}3］。影响作物茎倒的因素主要有两类，一是外部因素，包括水肥和栽培技术等^{［参考文献 2

百度学术}2，4-7］，二是内部因素，主要由作物的遗传因子决定，包括茎秆强度、植株形态和地上部生物产量等。提高茎秆强度是提高作物抗倒性最重要的育种目标。研究表明^{［参考文献 8-11}8-11］，茎秆强度与作物品种抗倒性直接相关，茎秆穿刺强度、茎秆弯曲强度、茎秆抗折断力、茎秆机械强度、侧向拉折力可以用于评价茎秆强度。

影响茎秆强度的因素主要包括茎秆的解剖结构^［

12］、形态结构^{［参考文献 8

百度学术}8，13-14］和化学成分^{［参考文献 15-16}15-16］三个方面。前人对茎秆强度相关性状进行了遗传解析，定位到大量与茎秆强度及其相关性状相关的QTL^{［参考文献 17-27}17-27］。Wei等^{［参考文献 21

百度学术}21］结合表型、基因型和基因表达数据，对甘蓝型冬油菜倒伏性状进行了研究，发现92个SNP和50个SSR位点与茎断裂力、茎断裂强度、倒伏系数、酸性洗涤木质素含量和S/G型木质素比等5个性状显著相关。Tian等^{［参考文献 23

百度学术}23］在半冬油菜品种中双11号中挖掘到4个茎秆强度QTL，分别分布在A2、A6、A7和C3染色体上，并对A7染色体上的主效QTL qSR.A07进行了精细定位和候选基因分析。Shen等^{［参考文献 24

百度学术}24］对3个茎秆相关性状进行QTL定位，获得72个一致性QTL和49个特异性QTL，其中有5个茎直径一致性QTL。Shao等^{［参考文献 26

百度学术}26］鉴定到55个与根、茎性状相关的一致性QTL，其中16个QTL与茎秆强度相关。Li等^{［参考文献 27

百度学术}27］采用全基因组关联分析鉴定到 67个茎倒相关性状QTLs和 71个相关基因，结合基因共表达网络分析，发现3个候选基因ESK1、CESA6、 FRA8 与茎倒抗性相关。但在多种环境下稳定检测到的茎秆强度及其相关性状的QTL很少，而且大部分QTL对表型的贡献率都比较低，这也给主效QTL精细定位和基因克隆带来困难，目前只有个别基因位点被证明与茎秆强度相关^{［参考文献 23-24}23-24，28］。

油菜是我国最重要的油料作物，每年可生产优质菜籽油约520万吨，占国产植物油的47%，是我国第二大饲用蛋白源^［

29］，因此，大力发展油菜生产对保障我国粮油安全具有重要意义。我国春油菜主要分布在西部高海拔地区和北部高纬度地区，种植面积约占全国油菜总面积的1 /10，其中，甘蓝型油菜单产和含油量高于全国平均水平，但抗倒性较弱^{［参考文献 30

百度学术}30］。由于人工选择和自然选择压较小，春油菜品种资源的抗倒性不强、茎秆强度弱。研究表明，我国长江流域和黄淮区的冬油菜资源的茎秆强度要高于西北和国外引进的春油菜资源^{［参考文献 31

百度学术}31］。为了挖掘冬油菜品种资源中茎秆强度相关基因位点，用于改良春油菜品种的抗倒性，本研究以一个茎秆强度小的春性油菜品系和一个茎秆强度大的半冬性油菜品系为亲本构建DH群体，在春油菜环境下对该群体茎秆强度及其相关性状进行多年多点表型鉴定，采用60 K SNP芯片对亲本和定位群体进行基因型分型，构建高密度遗传连锁图谱，并对茎秆强度及其相关性状进行QTL分析。

1 材料与方法

1.1 试验材料

半冬性甘蓝型油菜中双11号（ZS11）和春性甘蓝型油菜G922，其中中双11号来源于中国农业科学院油料作物研究所，G922为青海省农林科学院选育的自交系。本课题组前期采用小孢子培养技术纯化亲本中双11号和G922，分别获得了DH株系ZS11-DH和G922-DH，再将ZS11-DH与G922-DH杂交，对F₁植株进行小孢子培养，获得了包含211个DH株系的GZ-DH群体，该群体用于基因定位。

1.2 性状调查

2017-2018年连续2年在青海西宁和互助分别种植GZ-DH群体和双亲材料（ZS11-DH和G922-DH），共4个环境，分别为2017年西宁、2017年互助、2018年西宁、2018年互助。2017-2018年在云南南繁基地，ZS11-DH与G922-DH正反交获得正反交F₁种子，2018年在西宁种植双亲与正反交F₁种子。试验采用随机区组设计，3次重复，每小区3行，行长2 m，行距0.30 m，株距0.15 m。播种时采用人工条播方式，出苗后及时间苗、除草和定苗，肥水管理和病虫害防治统一按当地栽培技术进行。

田间表型性状调查：在主花序角果开始转黄时，田间收取子叶节以上20~40 cm茎段6根，挂好标签于阴凉处放置。样品当天带回实验室，用数字显示游标卡尺测量茎段近地端茎直径、茎壁厚度、木质部厚度，每根茎段测量两个部位，取平均。用茎秆强度测定仪（YYD-1，浙江托普仪器有限公司）测量茎折断力、茎壁穿透力。同时，采用单位茎秆横切面积折断力计算茎秆强度，公式为茎秆强度SS=SBS/（π×SD²/4），式中SBS为茎折断力，SD为茎直径。

双亲茎秆石蜡切片观察：2019年春季，两个亲本材料均种植于青海大学农林科学院田间试验区，分别于蕾苔期（6月21日）取子叶节以上5 cm处的茎段、初花期（7月4日）取子叶节以上20 cm处的茎段、终花期（7月16日）取子叶节以上20 cm处的茎段进行石蜡切片观察，石蜡切片操作方法按照Jia等^［

32］的方法进行。

性状均值、极值、标准差和中亲优势用Excel 2007进行分析。性状的T检验、方差分析采用软件DPS 12.5进行分析。

1.3 遗传连锁图谱构建

2017年，GZ-DH群体和亲本种植于西宁田间试验区，五叶期取幼嫩叶片0.2 g左右，装入2 mL离心管中，采用CTAB小量法提取DNA。利用Illumina公司开发的甘蓝型油菜 60 K SNP芯片对所有材料进行基因型检测，该芯片包含52157个SNP位点，芯片分析工作由北京怡美通德科技有限公司完成，得到的数据用Genome Studio软件进行分析，使用 GenTrain 2.0 聚类算法，结合 Brassica60k_Cons_ParkinAAFC_11621646_A.bpm 解码文件，得出分型结果。将在GZ-DH群体中没有遗传交换的SNP标记划归一个bin，每个bin中挑选出1个SNP标记，将SNP标记整理成Joinmap 4.0所要求的格式，采用软件默认的参数，对SNP标记进行分群，在连锁图构建的过程中，采用Kosambi作图函数将重组率转换为遗传图距单位（cM）^［

33］。根据国际统一命名标准，将构建的19个连锁群命名为A1~A10 （白菜基因组）和C1~C9 （甘蓝基因组）。

1.4 QTL分析

采用Windows QTL Cartographer 2.5软件^［

34］进行遗传连锁图的绘制和QTL定位。在QTL分析时，采用复合区间作图法（CIM，composite interval mappig ），以1.0 cM为步长，在P=0.05的水平下，采用1000次排布测验来确定每个QTL的阀值^{［参考文献 35

百度学术}35］。按照Mccouch等^{［参考文献 36

百度学术}36］的方法对QTL进行命名：“q+性状英文缩写+.+染色体号+QTL位点编号”，如qSD.A9-1表示茎直径在A9染色体上第一个QTL。不同环境的QTL置信区间重叠的作为相同的QTL，以相同名字命名。

利用QTLNet work 2.0软件^［

37］进行QTL的上位性分析，用BioMercator 4.2软件^{［参考文献 38

百度学术}38］进行QTL的Meta分析，以多环境下QTL表型贡献率的平均值作为整合后的QTL对表型的贡献率，所有操作参考Deng等^{［参考文献 35

百度学术}35］方法。不同环境下都能稳定表达的一致性QTL按“cq+性状英文缩写+.+染色体号+QTL位点编号”进行命名，如cqSD.A2-1表示茎直径在A9染色体上第一个一致性QTL。

1.5 分子标记在育种中应用效果评价

为了明确本研究获得的主效QTL及其紧密连锁的分子标记是否能用于分子标记辅助育种，以130份甘蓝型油菜品种资源为材料（材料信息、田间种植方法、性状调查和基因型分析见文献［

31］），用主效QTL连锁的SNP标记把所有材料分成两类，采用T检验分析两类基因型材料之间茎秆强度及其相关性状的差异。

2 结果与分析

2.1 双亲及杂种茎秆强度相关性状比较

2018年对双亲及正反交F₁进行茎秆强度相关性状比较（表1），结果表明，双亲在茎直径、茎壁厚度、茎壁穿透力、茎折断力和茎秆强度等性状均存在显著差异。杂交种的茎直径、茎壁厚度、茎折断力均存在明显的正向中亲优势，茎秆强度存在明显的负向中亲优势，茎壁穿透力中亲优势不明显。以中双11号为母本的杂交种茎壁木质部厚度高于双亲的平均值，中亲优势为11.95%，而以G922为母本的杂交种的茎壁木质部厚度中亲优势为-1.89%，根据该结果推测茎壁木质部厚度可能存在细胞质效应。

表1 双亲及杂种茎秆强度及其相关性状比较（2018年西宁）

Table 1 Comparison of stalk strength-related traits from parental and hybrid traits （2018 Xining）

品种或组合Variety or hybrid combination	茎直径 SD		茎壁厚度 SRT		茎壁木质部厚度 SXT		茎壁穿透力 RPR		茎折断力 SBS		茎秆强度 SS
品种或组合Variety or hybrid combination	均值（mm） Mean value	中亲优势（%） Mid-parent heterosis	均值（mm）Mean value	中亲优势（%） Mid-parent heterosis	均值（mm）Mean value	中亲优势（%） Mid-parent heterosis	均值（N）Mean value	中亲优势（%） Mid-parent heterosis	均值（N）Mean value	中亲优势（%） Mid-parent heterosis	均值（N/mm²）Mean value	中亲优势（%） Mid-parent heterosis
ZS11×G922	17.09a	13.93	1.82a	10.30	0.89a	11.95	25.05 b	-0.08	72.45ab	21.59	0.3160b	-11.09
G922×ZS11	16.54ab	10.27	1.77a	7.27	0.78bc	-1.89	23.99 b	-4.31	66.80b	12.11	0.3111b	-12.48
G922	15.53b		1.70b		0.75bc		19.30 c		40.54c		0.2141c
ZS11	14.20c		1.60c		0.84ab		30.84 a		78.63a		0.4968a

ZS11：中双11号；小写字母表示在P<0.05水平显著差异；下同

ZS11：Zhongshang No.11；Lowercase letters indicate significant difference（P<0.05）；SD：Stalk diameter；SRT：Stalk rind thickness；SXT：Stalk xylem thickness；RPR：Rind penetrometer resistance；SBS：Stalk bending strength；SS：Stalk strength；The same as below

2.2 双亲茎秆组织结构石蜡切片观察

茎壁是茎秆的机械组织，是影响茎秆强度的关键部位。因此，对双亲蕾苔期、初花期、终花期的茎秆横切面进行了石蜡切片观察。结果见图1，亲本G922和中双11号在茎壁木质部厚度和分布形状方面存在明显的差异。中双11号维管束排列近圆形或椭圆形，纤管束排列紧密，而亲本G922维管束排列成不规则的圆形或椭圆形，纤管束排列较疏松。双亲茎壁木质部厚度在蕾苔期差异并不明显，但到初花期时，中双11号茎壁木质部厚度已经超过G922，到终花期时差异明显。茎壁木质部厚度和分布形状两个方面的差异可能是导致两个品种茎秆强度差异的主要原因。

图1 双亲茎秆横切面石蜡切片

Fig.1 Paraffin section images of stalks from the parents

G：G922；Z：中双11号；EP：表皮；CO：皮层；PH：韧皮部；XY：木质部；PI：髓腔；SXT：茎壁木质部厚度；SRT：茎壁厚度；1：蕾苔期（6月21日）子叶节以上5 cm茎段；2：初花期（7月4日）子叶节以上20 cm茎段；3：终花期（7月16日）子叶节以上20 cm茎段

G ：G922；Z：ZS11；EP：Epidermis；CO： Cortex；PH： Phloem；XY： Xylem；PI： Pith；SXT：Stalk xylem thickness；SRT：Stalk rind thickness；1：Stalk segment at 5 cm above the cotyledon node on the bolting date （sampling on June 21）； 2：Stalk segment at 20 cm above the cotyledon node in the initial flowering stage （sampling on July 4）；3：Stalk segment at 20 cm above the cotyledon node in the final flowering stage （sampling on July 16）

2.3 茎秆强度相关性状的相关性分析

2017年对茎壁穿透力和茎壁木质部厚度进行QTL分析时，未检测到可重复的主效QTL，表明这两个性状受环境影响大，很难定位到贡献率大的可靠QTL，因此2018年两个环境未测定茎壁穿透力和茎壁木质部厚度。对GZ-DH群体两年共4个环境的茎秆强度相关性状进行相关分析，结果见表2。4个环境下，茎折断力与茎直径、茎壁厚度均呈极显著正相关。2017年2个环境下，茎折断力与茎壁木质部厚度、茎壁穿透力均呈极显著正相关；茎壁穿透力与茎壁木质部厚度呈极显著正相关，与茎直径呈负相关，但不同环境下相关性显著程度不同；茎壁穿透力与茎壁厚度均呈正相关，但不同环境下相关性显著程度不同，2017年互助环境下相关性达到极显著水平，而2017年西宁环境下相关性不显著。

表2 茎秆强度相关性状相关性分析

Table 2 Correlation analysis of SS-related traits

环境 Environment	性状 Traits	茎壁厚度 SRT	茎直径 SD	茎壁木质部厚度 SXT	茎壁穿透力 RPR
2017互助 2017HZ	茎折断力	0.5314**	0.4599**	0.3322**	0.3709**
2017互助 2017HZ	茎壁穿透力	0.2802**	-0.0494	0.3804**	1.0000**
2017西宁 2017XN	茎折断力	0.4260**	0.6289**	0.1858**	0.3243**
2017西宁 2017XN	茎壁穿透力	0.0503	-0.2165**	0.2531**	1.0000**
2018互助 2018HZ	茎折断力	0.5123**	0.5957**	-	-
2018西宁 2018XN	茎折断力	0.5142**	0.6673**	-	-

*、**分别表示在P<0.05、P<0.01水平上显著相关；-：无数据

*，** indicate significant correlation at P<0.05， P<0.01 level， respectively； -：No data； HZ：Huzhu；XN：Xining；The same as below

2.4 茎秆强度及其相关性状QTL分析

基因型检测共检测到52157个SNP标记，过滤掉无多态性、检出率低于95%和杂合基因型超过5%的SNP标记，同时GenTrain Score （SNP cluster quality） >0.6，最终获得32501个SNP标记。用Joinmap 4.0作图软件构建遗传连锁群，共获得19个连锁群，包含1984个SNP，遗传图谱总长度为2592.64 cM，单个标记平均图距1.42 cM。

利用构建的遗传连锁图谱，对两年4个环境下GZ-DH群体的茎秆强度及其相关性状进行QTL检测，共获得90个QTL，其中，茎秆强度QTL 26个、茎直径QTL 16个、茎壁厚度QTL 14个、茎壁木质部厚度QTL 3个、茎壁穿透力QTL 10个、茎折断力QTL 21个。对于多个环境重复检测到的QTL进行了Meta分析，整合得到17个一致性QTL（表3）。其中，茎直径一致性QTL 6个，分布在A2、C3和C8染色体上，cqSD.C8-1在4个环境下都能检测到，对表型变异的贡献率为14.67%，是1个主效QTL；A2染色体上的4个QTL组成了1个QTL簇（cqSD.A2），位于84.91~107.10 cM的区间内，单位点可解释表型变异的7.41%~10.35%。茎秆强度一致性QTL 5个，其中4个位于C6染色体上，这4个QTL对表型变异的贡献率均超过了10%，组成了1个QTL簇（cqSS.C6），位于C6染色体59.01~82.69 cM区间内。茎折断力一致性QTL 4个，分别分布于A3、C1和C8染色体上，所有位点都能在2个环境下重复检测到，对表型变异的贡献率较低，范围为5.25%~7.21%。茎壁厚度一致性QTL 2个，分别分布在A3和C5染色体上，这两个位点都能在2个环境下检测到，对表型变异的贡献率较低，范围为5.82%~6.20%。

表3 Meta分析获得的茎秆强度相关性状一致性QTL

Table 3 Consensus QTLs for SS-related traits by Meta analysis

名称 Name	峰值位置（cM） Peak position	置信区间（cM） Confidence interval	表型变异率（%） Phenotypic variation percentage	环境 Environments
cqSD.A2-1	86.33	84.91~87.75	7.41	2017XN/2018HZ/2018XN
cqSD.A2-2	91.97	90.78~93.16	7.51	2017XN/2018HZ
cqSD.A2-3	97.41	95.09~99.73	10.35	2017XN/2018HZ/2018XN
cqSD.A2-4	106.12	105.14~107.10	9.99	2017XN/2018HZ/2018XN
cqSD.C3-3	140.89	139.69~142.84	5.82	2017XN/2018HZ/2018XN
cqSD.C8-1	4.31	4.12~5.21	14.67	2017HZ/2017XN/2018HZ/2018XN
cqSS.C1-1	80.11	79.75~80.93	8.89	2017XN/2018HZ
cqSS.C6-1	62.01	59.01~65.62	13.61	2017XN/2017HZ
cqSS.C6-2	70.18	66.88~71.56	10.38	2017HZ/2017XN
cqSS.C6-3	75.87	73.66~76.28	10.44	2017HZ/2017XN/2018HZ/2018XN
cqSS.C6-4	82.11	81.17~82.69	10.54	2017HZ/2017XN/2018HZ
cqSRT.A3-3	131.30	130.6~134.34	6.20	2017XN/2018HZ
cqSRT.C5-1	57.11	56.25~57.44	5.85	2017HZ/2018XN
cqSBS.A3-1	120.01	118.86~123.62	5.89	2017HZ/2017XN
cqSBS.A3-2	128.61	125.56~131.24	7.21	2017HZ/2017XN
cqSBS.C1-1	80.21	79.9~81.2	5.25	2017HZ/2018XN
cqSBS.C8-2	9.02	7.35~17.58	5.92	2017XN/2018HZ

表型变异率：QTL在多个环境下表型变异率的平均值

Phenotypic variation percentage： The average of the phenotypic variation rate of a QTL in multiple environments

2.5 QTL上位性分析

对茎秆强度及其相关性状进行QTL上位性分析，结果表明，只在茎直径性状上检测到6个具有加性效应的QTL，3对上位性互作效应的QTL对（图2），其中A2、C3和C8染色体上的茎直径QTL只存在加性效应，不存在基因之间的互作效应，可以用于茎直径的遗传改良。

图2 茎直径QTL上位性效应图

Fig.2 Epistasis effect of the QTLs for stalk diameter

图左边的字母及数字指的是染色体号；红点为有加性效应的QTL，黑点表示没有加性效应的QTL；红线表示QTL之间存在上位效应；染色体上方是标记名称，下方数字为标记在遗传图谱上的位置，单位为cM

Letters and digits refer to the code of chromosomes on the left of the figure；The red dots refer to QTLs with additive effects， the black dots indicate QTLs without additive effects； The red lines indicate epistatic effects between QTLs；The words above the chromosome are the marker name，the numbers below the chromosome are the positions of the markers on the genetic map， and the units are cM

2.6 分子标记在育种中应用的有效性分析

检测到的QTL中，只有茎直径和茎秆强度QTL在3~4个环境下重复检测到，且对表型的贡献率较大，有可能用于分子标记辅助育种。为了评估茎直径、茎秆强度一致性QTL及其连锁的分子标记在育种中的应用价值，本研究用与主效QTL连锁的分子标记对130份自然资源群体进行鉴定，把群体分成两种基因型，考察两种基因型之间表型是否存在差异。

茎直径QTL连锁的分子标记在自然资源群体中的有效性分析　在自然资源群体中，利用A2染色体上与QTL簇qSD.A2连锁的3个分子标记（Bn-A02-p7893901、Bn-A02-p10176749、Bn-A02-p10668400）、C8染色体上与QTL qSD.C8-1连锁的2个分子标记（Bn-scaff_25981_1-p90999、Bn-scaff_16287_1-p366585）分别把130份自然资源分成两种基因型，结果表明（表4），A2染色体上有2个标记（Bn-A02-p10176749、Bn-A02-p10668400）可单独将所有资源分成两种基因型材料，且两种基因型材料间茎直径存在显著或极显著差异；联合3个标记（Bn-A02-p7893901、Bn-A02-p10176749、Bn-A02-p10668400）将所有资源分成的两种基因型材料间的茎直径也存在显著差异。C8染色体上与QTL qSD.C8-1连锁的2个分子标记（Bn-scaff_25981_1-p90999、Bn-scaff_16287_1-p366585），利用单个标记将所有资源分成的两种基因型材料间茎直径都没有显著差异，但联合两个标记划分的两种基因型材料间茎直径存在显著差异。以上结果证明，A2染色体上QTL簇qSD.A2及其连锁的3个分子标记，C8染色体上QTL qSD.C8-1及其连锁的2个分子标记可用于茎直径的分子标记辅助育种。标记信息详见http：//doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr.20240301003，附表1。

茎秆强度QTL连锁的分子标记在自然资源群体中的有效性分析　在130份自然资源中，利用与C6染色体上茎秆强度QTL簇qSS.C6连锁的4个分子标记（Bn-scaff_15763_1-p234548、Bn-scaff_15818_1-p202214、Bn-A07-p16095589、Bn-A07-p15758978）进行鉴定，发现单独使用4个标记区分的两种基因型材料之间的茎秆强度均没有达到显著差异；而联合4个标记对所有材料进行基因型分类，两类基因型材料之间茎秆强度也没有达到显著差异（表5）。这一结果表明C6染色体上茎秆强度QTL簇qSS.C6及其连锁的4个分子标记，用于茎秆强度的分子标记辅助育种效果不明显。

表4 茎直径QTL在自然群体中分子标记辅助选择效果

Table 4 Marker-assisted selection effects of linked markers for the stalk diameter QTLs in the germplasm accessions

标记名称 Marker name	染色体 Chr.	基因型Genotype	资源数 Germplasm number	茎直径（mm） SD	P值 P value
Bn-A02-p7893901（qSD.A2-2）	A2	AA	48	14.51±1.56	0.2087
Bn-A02-p7893901（qSD.A2-2）	A2	BB	62	14.02±1.61	0.2087
Bn-A02-p10176749（qSD.A2-3）	A2	AA	67	14.68±1.59	0.0097
Bn-A02-p10176749（qSD.A2-3）	A2	BB	41	13.88±1.48	0.0097
Bn-A02-p10668400（qSD.A2-4）	A2	AA	76	14.60±1.60	0.0138
Bn-A02-p10668400（qSD.A2-4）	A2	BB	42	13.87±1.48	0.0138
Bn-A02-p7893901、Bn-A02-p10176749、Bn-A02-p10668400	A2	AA	29	14.91±1.55	0.0129
Bn-A02-p7893901、Bn-A02-p10176749、Bn-A02-p10668400	A2	BB	18	13.74±1.47	0.0129
Bn-scaff_25981_1-p90999（qSD.C8-1）	C8	AA	50	14.67±1.64	0.0882
Bn-scaff_25981_1-p90999（qSD.C8-1）	C8	BB	70	14.17±1.51	0.0882
Bn-scaff_16287_1-p366585（qSD.C8-1）	C8	AA	104	14.49±1.85	0.0674
Bn-scaff_16287_1-p366585（qSD.C8-1）	C8	BB	19	13.78±1.48	0.0674
Bn-scaff_25981_1-p90999、Bn-scaff_16287_1-p366585	C8	AA	47	14.55±1.76	0.0337
Bn-scaff_25981_1-p90999、Bn-scaff_16287_1-p366585		BB	18	13.62±1.46	0.0337

AA：G922基因型；BB：ZS11基因型；括号内为与标记连锁的QTL；下同

AA：Genotype of G922；BB：Genotype of ZS11；The contents in parentheses are the QTLs linked to the marker；The same as below

表5 茎秆强度QTL在自然群体中分子标记辅助选择效果

Table 5 Marker-assisted selection effects of linked markers for stalk strength QTLs in the germplasm accessions

标记名称 Marker name	染色体 Chr.	基因型 Genotype	资源数 Germplasm number	茎秆强度（N/mm²） SS	P值 P value
Bn-scaff_15763_1-p234548（qSS.C6-1）	C6	AA	67	0.319±0.071	0.8450
Bn-scaff_15763_1-p234548（qSS.C6-1）	C6	BB	52	0.315±0.071	0.8450
Bn-scaff_15818_1-p2022143（qSS.C6-2）	C6	AA	69	0.317±0.072	0.6829
Bn-scaff_15818_1-p2022143（qSS.C6-2）	C6	BB	47	0.314±0.071	0.6829
Bn-A07-p16095589（qSS.C6-3）	C6	AA	23	0.322±0.077	0.1672
Bn-A07-p16095589（qSS.C6-3）	C6	BB	90	0.303±0.060	0.1672
Bn-A07-p15758978（qSS.C6-4）	C6	AA	37	0.313±0.071	0.6436
Bn-A07-p15758978（qSS.C6-4）	C6	BB	72	0.319±0.069	0.6436
Bn-scaff_15763_1-p234548、Bn-scaff_15818_1-p202214、Bn-A07-p16095589、Bn-A07-p15758978	C6	AA	32	0.319±0.077	0.7715
	C6	BB	23	0.316±0.070	0.7715

3 讨论

作物倒伏分为根倒和茎倒（茎秆折断）两种类型，茎秆与地面的夹角小于60°称为根倒，茎段发生弯曲或折断称为茎倒^［

3］。影响根倒的主要因素有根系发达程度、株型、土壤、栽培技术和气候条件，影响茎倒的因素除了上述因素外，还受茎秆强度影响，因此茎秆强度对作物抗茎倒具有重要意义。黄文辉等^{［参考文献 39

百度学术}39］研究认为，评价品种的抗茎倒能力，茎秆抗折强度（茎秆抗折力/茎秆横截面积）比茎秆抗折力更准确和科学。由于油菜茎秆直径与茎秆抗折断力极显著相关，茎秆直径越大，茎秆的抗折断力就越强，因此，本研究采用单位茎秆横切面积的抗折断力来估算茎秆强度。

高密度遗传图谱是提高 QTL检测准确性的重要因素^［

40］。本研究利用十字花科芸薹属60 k SNP芯片构建了一个甘蓝型油菜的高密度遗传连锁图谱，总长度为2592.64 cM，标记间平均遗传距离为1.42 cM，该图谱有助于提高QTL检测的可靠性和效率。虽然利用SNP芯片构建的遗传图谱的标记密度高于基于PCR分子标记构建的遗传图谱，但遗传图谱中仍存在一些没有标记的大区段（遗传图距大于15 cM），这些大区段的存在一定程度上影响了QTL检测的效率。此外，还发现这些没有标记的大区段在C基因组中的数量比在A基因组中多，这种现象在之前的研究中也报道过^{［参考文献 41

百度学术}41］。导致这种现象的主要原因可能是A基因组中的变异比C基因组更丰富。

本研究在A2和C6染色体上鉴定到茎直径和茎秆强度性状相关的QTL簇各1个，在许多作物QTL定位研究中都发现了QTL簇的存在^［

17，24，42-45］。然而，本研究发现茎直径QTL簇qSD.A2中，存在单个QTL的两种基因型之间的表型差异与多个QTL同时存在的两种基因型之间的表型差异相同，而利用QTLNet work 2.0软件进行QTL上位性分析时发现，在QTL簇 qSD.A2的区间中只鉴定出1个QTL，这说明在该区段内可能只存在1个QTL。本研究在中双11号中鉴定到的 5个茎秆强度一致性QTL分布在C1和C6染色体上，其中QTL簇cqSS.C6与 Shao等^{［参考文献 26

百度学术}26］鉴定到的折断强度QTL（cqF.C06-1、cqF.C06-2）所在位置大致相同，但与Tian^{［参考文献 23

百度学术}23］在中双11号中挖掘到的4个茎秆强度QTL（A2、A6、A7和C3）位于不同染色体，是在中双11号中鉴定到的新位点，对改良春油菜茎秆强度具有重要意义。本研究鉴定到的茎直径一致性QTL分布在A2、C3和C8染色体上，Li等^{［参考文献 27

百度学术}27］在C8染色体上也鉴定到3个与茎直径相关的基因，Shen等^{［参考文献 24

百度学术}24］在A2染色体上也鉴定到1个与茎直径相关的QTL，说明A2与C8染色体上可能存在控制茎直径相关的基因位点。

在水稻育种中，增加茎粗可以提高抗倒伏性，多个茎直径QTL的聚合可以产生更粗的茎和更强的抗倒性^［

25］。本研究发现A2、C3染色体上能重复检测到的茎直径QTL具有正向加性效应，并在自然群体中证明可用于甘蓝型油菜茎秆遗传改良，对于提高茎直径、茎秆抗倒性和增加饲用油菜的生物产量具有重要意义。虽然C6染色体上茎秆强度QTL簇qSS.C6在多个环境能重复检测到，并且在GZ-DH定位群体的两种基因型之间表型值存在显著差异，但在130份自然资源的两种基因型之间均没有显著差异，说明茎秆强度这类复杂性状的QTL及其连锁的分子标记用于辅助育种还是比较困难。茎秆强度QTL簇qSS.C6及其连锁的分子标记不能用于分子标记辅助育种，推测有以下三个方面的原因：一是130份自然资源中有许多油菜的茎秆不是有规则的圆柱体，茎秆横切面积公式不能准确反映该资源茎秆的真实茎秆横切面积，导致计算的茎秆强度值偏离真实值；二是自然资源虽然经过多代自交，表型基本纯合，但仍存在许多基因位点是杂合的，基因位点杂合性和互作效应可能会影响茎秆强度值；三是QTL对表型的贡献率较小，受环境影响较大，对表型选择的效率较低。

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