甘蓝型油菜荚裂抗性基因组区域的精准鉴定与验证：开启作物遗传改良新篇章

为解决甘蓝型油菜荚裂导致产量损失的问题，研究人员开展了利用 QTL-seq 和传统 QTL 定位鉴定甘蓝型油菜荚裂抗性基因组区域的研究。结果发现 A06 和 A09 染色体上的相关 QTL 及候选基因，为改良油菜荚裂抗性提供了基因靶点。

　　在农业生产的大舞台上，甘蓝型油菜（Brassica rapa）是一位重要的 “角色”，它不仅为我们提供营养丰富的食用油，还能作为蔬菜走进人们的餐桌。然而，一个恼人的问题一直困扰着种植者们 —— 甘蓝型油菜极易发生荚裂现象。在收获季节，一旦荚果开裂，种子就会散落一地，这可让农民们的心血付诸东流，严重时甚至会造成高达 70% 的产量损失。而且那些散落在地里的种子，如果不加以妥善处理，还会在后续的作物生长中变成杂草，影响农田的生态环境。

目前，虽然人们知道荚裂抗性是一个重要的农艺性状，但对于甘蓝型油菜中控制这一性状的基因和基因组区域却知之甚少。已有的研究表明，甘蓝型油菜及其近缘种中荚裂抗性的遗传变异有限，这使得通过传统育种方法来提高荚裂抗性困难重重。在这样的背景下，为了深入了解甘蓝型油菜荚裂抗性的遗传机制，来自新南威尔士州初级产业和农村发展部（NSW Department of Primary Industries and Rural Development）的研究人员 Rosy Raman、Yu Qiu 等人开展了一项具有重要意义的研究，该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上。

研究人员为了深入探究甘蓝型油菜荚裂抗性的遗传机制，使用了多种关键技术方法。首先，他们从澳大利亚谷物基因库选取了 90 份甘蓝型油菜种质资源作为多样性面板，通过对这些材料的表型分析，筛选出荚裂抗性差异显著的两个亲本 ATC90153 和 ATC91215，构建了 F₂群体用于后续遗传分析。在实验过程中，研究人员运用了多种技术。利用 DArTseq 标记技术对多样性面板和 F₂群体进行基因分型，通过全基因组重测序（WGR）和基于混合分组分析（BSA）的 QTL 测序（QTL-seq）方法，快速定位与荚裂抗性相关的基因组区域。最后，使用传统 QTL 定位方法对 QTL-seq 预测的区域进行验证。

研究结果如下：

1. 遗传变异分析：对 90 份甘蓝型油菜种质资源的研究发现，其荚裂抗性存在显著遗传变异，断裂能（RE）在 2012 年和 2013 年的变化范围分别为 1.09 - 3.27 mJ^(1/2)和 0.63 - 3.49 mJ^(1/2)，且 RE 在不同环境下具有较强的遗传稳定性（r = 0.77）。
2. 聚类和主坐标分析：通过聚类分析和主坐标分析发现，甘蓝型油菜不同亚种间存在明显的遗传差异，基于此选取了 ATC90153 和 ATC91215 构建 F₂群体。同时，这两个亲本在荚果解剖结构上也存在差异，ATC90153 的离层发育不完善，而 ATC91215 在瓣膜和隔膜连接处有木质化现象。
3. 全基因组重测序和 QTL-seq 分析：对亲本和两个混合池进行全基因组重测序，QTL-seq 分析表明，与荚裂抗性相关的基因组区域位于 A06 和 A09 染色体上。在 A06 染色体 7.35 Mb - 25.1 Mb 和 A09 染色体 38.2 - 38.8 Mb 区域，有多个 SNP 和 InDel 变异与荚裂抗性显著相关。
4. 传统 QTL 分析验证：利用传统 QTL 定位方法，在 F₂群体中验证了 A06、A09 染色体上与荚裂抗性相关的基因组区域。同时发现，荚果长度和 RE 得分之间存在正相关（r = 0.44）。
5. 候选基因鉴定：通过与拟南芥中调控荚果开裂的已知基因进行比对，确定了 BEE1、PEROXIDASE、TCP8、SHP1、ADPG1 和 MYB116 等基因作为甘蓝型油菜荚裂抗性的候选基因，它们位于 A06 和 A09 染色体上的相关 QTL 区域附近。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了甘蓝型油菜荚裂抗性的遗传变异情况，并确定了 A06 和 A09 染色体上与荚裂抗性相关的 QTL 和候选基因。这些结果为深入理解甘蓝型油菜荚裂抗性的分子机制提供了重要线索，有助于通过分子标记辅助选择和基因组编辑等技术，精准改良甘蓝型油菜及其近缘种的荚裂抗性，从而有效减少收获时的产量损失，提高农业生产效益。此外，研究还对比了 QTL-seq 和传统 QTL 定位两种方法，发现它们都能有效鉴定与荚裂抗性相关的基因组区域，为后续研究提供了可靠的技术手段。总之，这项研究成果为甘蓝型油菜的遗传改良奠定了坚实基础，在农业生产领域具有广阔的应用前景。