花后不同时期油菜籽饼粕赖氨酸含量的遗传分析

花后不同时期油菜籽饼粕赖氨酸含量的遗传分析
陈国林 1,2
1
吴建国 1
张
莉1
石春海 1,*
浙江大学农业与生物技术学院 , 浙江杭州 310029; 2 浙江林学院农业与食品学院 , 浙江临安 311300
摘
要 : 采用条件和非条件数量遗传分析方法 , 利用不同环境条件下的两年试验数据 , 分析了胚 (子叶 )、细胞质和母
1
College of Agriculture and Biotechnology, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China; 2 School of Biosystems Engineering and Food Sciences,
Zhejiang Forestry University, Lin’an 311300, China
0.116%), 在 FOSS NIRSystems 5000 型近红外分析仪上测 定和分析两年亲本、 F1 和 F2 油菜籽 5 个不同发育时段饼 粕的赖氨酸含量。扫描时取 3 g 油菜籽 , 用 35 mm 圆杯收 集样品光谱。亲本、 F1 和 F2 样本的测定各重复 2 次。 1.4 统计分析 采用包括胚、细胞l: glchen@ Received(收稿日期 ): 2009-09-10; Accepted(接受日期): 2009-12-25.
第4期
陈国林等 : 花后不同时期油菜籽饼粕赖氨酸含量的遗传分析
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的最终表型值进行遗传分析。在油菜籽含油量、脂肪酸、 硫甙、芥酸等性状的遗传研究方面也已取得明显的进展。 Wu 等 [7] 发现胚 ( 子叶 ) 、细胞质和母体植株等遗传体系的 基因主效应及其互作效应可以显著影响油菜籽的蛋白质 含量 , 其狭义遗传率达到 64.17%, 基于母体植株的总体 表现进行蛋白质含量的单株选择可以取得较好的效果。 任 玉玲等 [8]研究结果也表明油菜籽饼粕中谷氨酸、甘氨酸和 精氨酸性状的表达均受到胚、 细胞质和母体植株等遗传效 应的控制 , 其中谷氨酸和甘氨酸性状的表现是以母体遗 传效应为主 , 但精氨酸性状的胚和母体遗传效应相近 ; 谷 氨酸、 甘氨酸和精氨酸的狭义遗传率分别为 43.4%、 45.6% 和 72.1%。 Variath 等 分析了单年份数据后发现控制油菜 籽蛋白质和含油量的胚、 细胞质和母体植株基因在各个油 菜籽发育阶段均有表达 , 母体植株核基因所表达的遗传 效应在多数发育阶段起着主要作用 , 且加性效应要大于 显性效应 ; 多数发育时段的母体遗传率较大 , 但尚未明确 环境互作效应对这些性状表现的影响。所以 , 研究油菜籽 氨基酸含量的动态遗传效应和发育遗传机理 , 对提高品 质有着重要的意义。 但至今有关油菜籽饼粕赖氨酸等氨基 酸性状在不同环境条件下的发育遗传研究鲜见报道。 本试 验旨在利用甘蓝型油菜品种和组合 , 研究不同环境条件 下油菜籽充实过程中赖氨酸含量的发育遗传规律 , 明确 油菜籽不同发育时期二倍体胚、 细胞质和二倍体母体植株 等不同遗传体系的基因效应差异 , 研究结果可为油菜籽 赖氨酸品质的遗传改良提供理论依据。
Genetic Analysis for Lysine Content of Rapeseed Cake (Brassic napus L.) at Different Periods after Anthesis
CHEN Guo-Lin1,2, WU Jian-Guo1, ZHANG Li1, and SHI Chun-Hai1,*
本研究由浙江省科技厅面上科研农业项目 (2008C22084), 教育部高等学校骨干教师资助计划项目和浙江省 “151 人才工程 ”专项基金项目资助。
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通讯作者 (Corresponding author): 石春海 , E-mail: chhshi@; Tel: 0571-86971691
Abstract: Both conditional and unconditional analysis methods were applied to estimate the genetic main effects and the
genotype × environment (GE) interaction effects from embryo (cotyledon), cytoplasmic and maternal plant at different periods after anthesis for lysine content of rapeseed cake by using two-year experimental data. Lysine content (LC) in rapeseed cake was simultaneously controlled by the genetic main effects and their GE interaction effects from different genetic systems, especially for the GE interaction effects. Therefore, the expression of genes conferring LC in the different genetic systems could be significantly influenced by the environments. Among the different genetic components, the maternal effects on LC of rapeseed cake were the most important at all periods after anthesis except for the larger embryo main effects at 36 day after flowering, in which both maternal dominance effect and maternal additive interaction effect were more visible. It was found that the new expression of quantitative genes on LC trait was most active at 23–29 days after flowering by using the conditional statistical analysis method. The discontinuity of gene expression in the developmental process of rapeseed was also observed. The total narrow-sense heritability of LC was high, of which the maternal heritability was important at most periods after anthesis. It was suggested that LC could be efficiently improved when selection is based on the holistic performance of maternal plants in generations. The study further suggested that Eyouchangjia and Gaoyou 605 were better than other parents for increasing LC of progenies. Keywords: Rapeseed (Brassica napus L.); Lysine content; Developmental genetics; Genetic main effects; Genotype × environment interaction effects; Heritability 赖氨酸为碱性氨基酸 , 是人和动物营养的八种必需 氨基酸之一 , 对调节体内代谢平衡、促进生长发育有着重 要作用。油菜是我国大面积种植的油料作物 , 油菜籽富含 油脂和蛋白质 , 必需氨基酸含量平衡 , 优质油菜饼粕是一 种理想蛋白源 [1]。因此 , 提高油菜籽饼粕的必需氨基酸含 量 , 尤其是赖氨酸含量对改善饼粕的品质具有重要作用。 氨基酸营养品质在水稻、大麦、小麦等作物已有较 多研究 , 其中对赖氨酸 [2-4] 和其他氨基酸 [4-6] 主要采用性状
[9]
品取 3 g 油菜籽 , 利用美国马里兰州生产的 FOSS NIRSystems 5000 型近红外分析仪 , 用 35 mm 圆杯扫描和收集 样品光谱 [10]。经 WinISI II(Ver.1.04)近红外分析软件的集 中程序和选择程序筛选样本 , 利用具有代表性的 226 份样 品构成校正集 , 均包括有不同发育时期的油菜籽样品。使 用氨基酸 L-8900 自动分析仪测定去脂后的校正集样品油 菜籽饼粕的氨基酸含量 (%)[11]。光谱预处理对校正结果影 响较大 , 不同光谱数学处理以 2 阶导数处理较好。最终 , 采用 “标准正态变量转换 (SNV)+趋势变换法 (De-trending)/ 2,4,4,1/MPLS”最优组合构建油菜籽饼粕氨基酸含量的定 标方程 , 其中油菜籽饼粕赖氨酸含量定标方程决定系数 (RSQ)达到 0.972, 标准误 (SEC)为 0.116%。 1.3 赖氨酸含量测定 利 用 上 述 新 建 立 的 定 标 方 程 (RSQ=0.972, SEC=
体植株等不同遗传体系的遗传主效应及其环境互作效应对油菜籽饼粕赖氨酸含量的影响。结果表明 , 油菜籽饼粕赖 氨酸含量在各个发育时期的表现同时受制于不同遗传体系的遗传主效应和环境互作效应 , 且以环境互作效应为主 , 故油菜籽发育过程中不同遗传体系基因的表达会受到环境条件的显著影响。在不同遗传体系的基因效应中 , 除花后 36 d 的胚主效应较大外 , 各发育时期以母体效应为主 , 其中母体显性主效应和母体加性互作效应的作用尤为明显。 条 件遗传分析表明 , 花后 23~29 d 控制赖氨酸含量的数量基因表达最为活跃 ; 一些基因效应在不同发育时期还存在着 间断性表达的现象。 油菜籽饼粕赖氨酸含量的狭义遗传率较高 , 多数发育时期是以母体遗传率为主 , 根据母体植株上 油菜籽饼粕赖氨酸含量的总体表现进行选择可以取得较好的改良效果。 关键词 : 油菜籽 ; 赖氨酸含量 ; 发育遗传 ; 遗传主效应 ; 环境互作效应 ; 遗传率