甘藍型油菜濕害脅迫響應性狀的全基因組關聯分析及候選基因預測

李陽陽 荊蓉蓉 呂蓉蓉 石鵬程 李 欣 王 芹 吳 丹 周清元 李加納 唐章林,*

甘藍型油菜濕害脅迫響應性狀的全基因組關聯分析及候選基因預測

李陽陽1,2,3,**荊蓉蓉1,3,**呂蓉蓉1,2,3石鵬程1,2,3李 欣1,2,3王 芹1,2,3吳 丹1,2,3周清元1,3李加納1,2,3唐章林1,2,3,*

1西南大學農學與生物科技學院, 重慶 400715;2西南大學農業科學研究院, 重慶 400715;3重慶市油菜工程技術研究中心, 重慶 400715

濕害嚴重影響油菜的產量和品質, 前人在耐濕機制和生理響應等方面已經做了許多研究, 但涉及油菜耐濕相關基因的研究相對較少。本研究以248份甘藍型油菜品種(系)為材料, 進行濕害脅迫處理, 調查了8個濕害響應的相關性狀, 基于60K Illumina Infinium SNP芯片基因型數據對各性狀耐濕系數進行了全基因組關聯分析和濕害響應候選基因預測。結果顯示, 濕害脅迫較正常灌溉油菜幼苗綠葉數減少, 地上部干重和鮮重以及葉片可溶性蛋白含量降低, 葉片POD酶活性和MDA含量略有升高。地下部干重和鮮重在多數材料中降低, 而在有些材料中升高, 變化幅度均較小。經全基因組關聯分析共檢測到與耐濕系數顯著關聯的SNP標記36個, 可解釋表型變異8.28%~12.95%, 其中17個所關聯的耐濕系數在基因型間具有顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)差異, 其所在的Blocks共覆蓋了71個候選基因, 包括Blast到同源擬南芥基因64個, 主要編碼轉錄因子(如Transcription initiation factor IIF、bZIP68、myb-like HTH transcriptional regulator family protein)、轉運蛋白(如SUC2)、生長抑制子(如ING2)、蛋白磷酸酶(如Protein phosphatase 2C family protein)、DNA/RNA結合蛋白[如bHLH DNA-binding superfamily protein、RNA-binding (RRM/RBD/RNP motifs) family protein]、激素響應蛋白(如ARF8、ADC2、ERD6、NF-YC9)以及氧化脅迫、滲透脅迫、鹽脅迫或水分剝奪響應蛋白(如ERD6、NP1、TIR-NBS-LRR、CRT1b)等。本研究可為揭示甘藍型油菜耐濕機理和培育耐濕新品種奠定基礎。

甘藍型油菜; 濕害脅迫響應性狀; 全基因組關聯分析; 候選基因

水分是影響作物生長發育的重要非生物因子, 水分過多或過少均會對作物產生不同程度的危害。濕害是由于土壤水分超過田間最大持水量并長期處于飽和狀態, 對作物生長發育產生的危害[1], 主要是對作物產生次生脅迫[2], 導致作物根系缺氧, 出現生理失水, 嚴重時會使根系腐爛發臭[3]。濕害可造成細胞質膜過氧化, 離子滲漏量增加, 無機營養吸收在植株體內重新分布, 丙二醛含量升高, 總糖量和淀粉酶活性降低, 保護酶系統受損, 嚴重時會使蛋白質分解、原生質結構破壞而致死[4]。濕害會使植株變矮, 生長緩慢, 生育期延長, 葉片由下至上逐漸黃化, 綠葉面積減少, 與光合作用相關的酶活性降低, 光合作用減弱, 光合產物減少且運輸減慢, 從而影響植株生長發育和作物產量、品質[5-8]。

油菜是我國重要的油料作物之一, 也是我國食用植物油的主要來源, 其種植面積和總產量均占全球的30%左右[9]。長江流域是我國冬油菜主要種植區域, 其種植面積和產量均占全國90%以上[10]。該區域秋季多陰雨且實行水旱輪作制度, 土壤黏重、透氣性差、排水困難、地下水位高[11], 是油菜濕澇災害的多發地和重災區。

作物的耐濕能力取決于形態結構和生理代謝上對缺氧的適應能力。作物對濕害脅迫的響應極其復雜, 不僅表現出長期適應性[12], 在細胞結構、組織和形態, 甚至線粒體、內質網和核糖體等亞細胞結構方面也表現出適應反應[13], 同時還通過基因表達調控調節自身的內環境和代謝途徑[14]。油菜的不同類型、品種或品系的耐濕性不同, 張學昆等[15]研究甘藍型油菜耐濕性發現, 缺氧脅迫下, 耐濕品種的活性氧清除系統能降低膜脂過氧化程度, 同時顯著增加滲透調節的有機物含量, 提高對抗缺氧脅迫的能力。目前, 針對油菜, 特別是甘藍型油菜耐濕性的研究較少, 且主要采用缺氧萌發種子或其他水淹處理, 通過測定幼苗相關性狀篩選耐濕資源[11,16-18]。在遺傳研究方面, 叢野等[19]發現, 甘藍型油菜耐濕性的遺傳受2對完全顯性的主基因+加性-顯性多基因控制。李真[4]利用150個甘藍型油菜DH系, 通過183個SSR標記和157個AFLP標記在對照和濕害脅迫下共檢測到45個QTL, 其中在2個環境下同時檢測到9個, 與耐濕系數相關的有11個。

本研究調查濕害脅迫響應相關性狀, 構建耐濕系數, 基于60K Illumina Infinium SNP芯片基因型數據進行全基因組關聯分析, 并預測耐濕候選基因, 旨在為利用分子標記輔助選擇培育耐濕甘藍型油菜新品種和揭示甘藍型油菜濕害響應分子機制研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

將248份甘藍型油菜品種(系)播種于重慶市油菜工程技術研究中心歇馬基地旱棚的盆缽(直徑25 cm, 高30 cm)中, 當幼苗長至四葉一心時, 選取幼苗長勢均勻、植株大小一致的盆缽進行正常灌溉(well watering, WW)和濕害脅迫(waterlogging, WL)處理, WW組土壤含水量維持在20%~23%之間, WL組維持土壤最大持水量(30%左右)且土壤表面無積水, 采用浙江托普儀器有限公司的TZS-1K土壤水分測定儀測定土壤含水量。持續處理4周后調查幼苗的綠葉數(green leaf number, GLN)、地上部鮮重(shoot fresh weight, SFW)和干重(shoot dry weight, SDW)、地下部鮮重(root fresh weight, RFW)和干重(root dry weight, RDW)以及葉片過氧化物酶(peroxidase, POD)活性、可溶性蛋白(soluble protein, Protein)含量和丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量, 并計算各性狀的耐濕系數(waterlogging resistance index, WLRI): 耐濕系數 = WL性狀表型值/WW性狀表型值。

1.2 性狀調查和測定

1.2.1 GLN調查 心葉完全平展視為1片葉, 綠色面積超過葉片面積1/2的視為綠葉。

1.2.2 SFW、SDW、RFW和RDW測定 隨機選取每材料WL和WW各3株, 稱其地上部鮮重(g), 將根部洗凈擦干后稱其地下部鮮重(g)。然后于110℃殺青30 min, 75℃烘至恒重, 稱其地上部干重(g)和地下部干重(g)。

1.2.3 葉片POD活性和Protein、MDA含量測定

取倒數第二、三片葉的混合樣品, 采用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒(A084-3)測定POD活性(U g-1FW), 參照鄒琦[20]所用考馬斯亮藍-G250染色法測定Protein含量(mg g-1FW), 參照李合生[21]所用硫代巴比妥酸法測定MDA含量(μmol g-1FW)。各材料每個處理3個生物學重復。

1.3 基因型分析

采用油菜60K Illumina Infinium SNP芯片(包含52,157個SNP標記)進行基因型分析, 按照Qu等[22]的方法刪除位置不確定的標記以及缺失率大于20%和最小等位基因頻率小于5%的標記, 保留32,839個SNP標記用于后續分析。

1.4 連鎖不平衡分析

使用Tassel 5.2.1[23]基于32,839個SNP標記對各染色體進行連鎖不平衡分析,2的衰減閾值定為0.2。

1.5 群體結構分析

使用STRUCTURE 2.3.4[24]進行群體結構分析,值依次取1~10, 每個值運算5次, 蒙特卡羅迭代(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)和模擬參數迭代(length of bum-in period)值均為100,000。

1.6 親緣關系分析

使用Tassel 5.2.1進行親緣關系分析, 小于0的親緣關系值取為0[25]。

1.7 關聯分析、單倍型分析和候選基因預測

利用Tassel 5.2.1及6種模型(na?ve, Q, PCA, K, K+Q, K+PCA)對8個性狀的WLRI進行關聯分析, 根據各模型檢測到的值與期望值的偏離程度選擇最佳模型, 利用MATLAB 2015b繪制QQ圖(Quantile-quantile Plot)和最佳模型Manhattan圖。顯著關聯SNP標記的閾值為3.045×10-5(1/32,839)。

對各關聯SNP不同基因型材料的耐濕系數進行測驗, 將不同SNP基因型間具有顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)差異的標記稱為顯著性標記。利用haploView[26]對顯著性標記所在LD區間的SNP進行單倍型分析, 參照Qu等[22]設定參數。根據已公布的甘藍型油菜“”基因組信息(http://www. genoscope.cns.fr/brassicanapus/)獲取顯著性標記所在的Block區間的基因及序列, 通過BLAST與擬南芥基因進行同源性比對, 根據擬南芥基因注釋(https://www.arabidopsis.org/)預測甘藍型油菜耐濕響應相關候選基因的功能。

2 結果與分析

2.1 表型數據分析

8個性狀的方差分析結果表明, 每個性狀在水分間、材料間以及水分×材料互作間均存在極顯著(<0.01)差異(表1)。由圖1可知, 絕大多數材料GLN、SDW、SFW和Protein的耐濕系數小于1, MDA、POD的耐濕系數略大于1; 部分材料RFW和RDW的耐濕系數小于1, 但大多數材料RFW和RDW的耐濕系數接近于1。由此可見, 濕害會降低油菜幼苗的綠葉數、地上部鮮重、干重和葉片的可溶性蛋白含量, 會使葉片的丙二醛含量、POD活性升高, 地下部干重和地下部鮮重的變化在多數材料中表現為降低, 在有些材料中表現為升高, 但變化幅度較小。

表1 甘藍型油菜幼苗濕害脅迫響應性狀的方差分析

GLN: 綠葉數; SFW: 地上部鮮重; SDW: 地上部干重; RFW: 地下部鮮重; RDW: 地下部干重; POD: 過氧化物酶活性; MDA: 丙二醛含量; Protein: 可溶性蛋白含量。**< 0.01。

GLN: green leaf number; SFW: shoot fresh weight; SDW: shoot dry weight; RFW: root fresh weight; RDW: root dry weight; POD: peroxidase activity; MDA: malondialdehyde content; Protein: soluble protein content.**< 0.01.

圖1 甘藍型油菜幼苗濕害脅迫響應性狀耐濕系數頻數分布圖

縮寫同表1。Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.2 親緣關系和群體結構

由圖2可知, 91%的材料間的親緣系數小于0.2, 其中親緣系數為0的材料占56%。由此可見, 試驗材料間的親緣關系較弱。

由群體結構分析結果(圖3)可知, 當=2時,D有最大值, 試驗材料可分為2個亞群(P1和P2), 如圖4所示。將Q矩陣的臨界值設為0.7, 其中16個材料屬于P1亞群, 大多數為來源于丹麥、加拿大和中國的春性甘藍型油菜; 168個材料屬于P2亞群, 大多數為來源于中國的冬性或半冬性甘藍型油菜。64個材料位于P1亞群與P2亞群之間, 大多數為來源于中國的半冬性甘藍型油菜。

圖2 248份甘藍型油菜品種(系)的親緣系數頻率分布圖

圖3 2個連續K值所對應的后驗概率的變化速率(DK)

圖4 248份甘藍型油菜品種(系)群體結構分布圖

2.3 LD分析

連鎖不平衡分析LD (2)平均值與遺傳距離(Mb)之間的變化如圖5所示, 當2閾值設為0.2時, 估算的各染色體衰減距離如表2所示。由圖5和表2可知, A亞基因組的衰減速率較C亞基因組快。

2.4 關聯分析

為了較好地控制關聯分析的假陽性和假陰性, 利用32,839個有效SNP位點, 基于na?ve、Q、PCA、K、K+Q和K+PCA 六種模型對濕害脅迫響應的8個性狀進行關聯分析, 結果如圖6、圖7和表3所示。根據各性狀的WLRI, 基于6種模型的-lg()觀察值與期望值的接近程度, 選擇最佳模型。最終, SDW和RFW的最佳模型為Q模型, SFW和GLN的最佳模型為PCA模型, RDW的最佳模型為K+Q模型, POD、MDA和Protein的最佳模型為K+PCA模型。

對各性狀WLRI共篩選到36個顯著相關的SNP位點, 分布在A01、A02、A03、A04、A07、A08、A09、A10、C01、C02、C03、C04、C05、C07、C09等15條染色體上, 可解釋的表型變異為8.28%~ 12.95% (表3)。對SFW-WLRI與SDW-WLRI檢測到4個相同的顯著關聯SNP位點(Bn-A04-p6975646、Bn-A04-p6978163、Bn-A10-p15740896和Bn-scaff_ 16531_1-p428890), 與SFW-WLRI顯著關聯的Bn- A04-p6980459、Bn-A04-p6975646和Bn-A04-p6978163位于同一LD區間, 與GLN-WLRI顯著關聯的Bn- scaff_20901_1-p1110262和Bn-A06-p3088460位于同一LD區間。

測驗結果顯示, 17個SNP標記(后續稱為顯著性SNP標記)所關聯的WLRI在不同的SNP基因型間具有顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)的差異(表4)。

表2 甘藍型油菜各染色體的衰減距離

圖5 甘藍型油菜染色體連鎖不平衡衰減曲線

圖6 甘藍型油菜濕害脅迫響應性狀耐濕系數基于6種模型的關聯分析QQ圖

圖7 甘藍型油菜濕害脅迫響應性狀耐濕系數基于最佳模型關聯分析的Manhattan圖

表3 甘藍型油菜濕害脅迫響應性狀WLRI顯著關聯的SNP標記

(續表3)

a、b、c、d標注的為對不同濕害脅迫響應性狀耐濕系數關聯分析所檢測到的相同SNP位點?？s寫同表1。

The SNPs marked with a, b, c, d were identified by GWAS for WLRI of different waterlogging-responding traits. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

表4 甘藍型油菜濕害脅迫響應性狀顯著關聯SNP標記不同基因型的耐濕系數

(續表4)

(續表4)

括號內數值為具有此類基因型的材料數; 同一SNP標記下不同基因型間的耐濕系數, 標有不同大寫字母表示差異達到1%顯著水平, 標有不同小寫字母表示差異達到5%顯著水平。縮寫同表1。

The value in bracets is the number of materials with such genotypes. Under the same SNP marker, the WLRIs between different genotypes are marked with different capital letters indicating the difference reached the significant probability level of 1%, and those with different lowercase letters indicating the difference reached the significant probability level of 5%. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.5 單倍型分析

對17個顯著性標記所在LD區間的SNP進行單倍型分析表明, 顯著性標記Bn-A02-p13803435、Bn-A09- p20263302、Bn-A09-p21935602、Bn-A10- p15740896、Bn-scaff_16531_1-p428890、Bn-scaff_ 17919_1-p94976、Bn-A06-p3088460和Bn-scaff_18062_1-p214669與至少1個SNP標記位于同一Block, 顯著性標記Bn- A04-p6975646、Bn-A04-p6978163和Bn-A04- p6980459與其他7個SNP位于同一個72 kb跨度的Block, Bn-A03-p7079712、Bn-A03-p11122273、Bn-scaff_21884_1-p644186、Bn-A09-p30788157、Bn-scaff_23954_1-p1045541和Bn-scaff_20901_1- p1110262未與其他SNP形成Block (圖8)。由于在后續分析中未篩選到候選基因, 因此Bn-A03- p11122273、Bn-scaff_17919_1-p94976和Bn-scaff_ 21884_1-p644186未在圖8中列出。

2.6 候選基因預測

顯著性標記所在Block區間共包含71個候選基因(圖8和表5), 其中、、、、、和共7個未Blast到同源的擬南芥基因, 其余64個均可通過同源的擬南芥基因注釋預測其功能, 它們主要編碼轉錄因子(如, transcription initiation factor IIF;, bZIP68;, myb-like HTH transcriptional regulator family protein), 轉運蛋白(如, SUC2),液泡蛋白質分揀蛋白[如, vacuolar protein sorting 41 (VPS41)], 生長抑制子(如, ING2), DNA/RNA結合蛋白[如和, basic helix-loop-helix (bHLH) DNA-binding superfamily protein;, RNA-binding (RRM/RBD/ RNP motifs) family protein], 酶類(如, protein phosphatase 2C family protein;, UDP-glucose 6-dehydrogenase family protein;, HXXXD-type acyl-transferase family protein;, saccharopine dehydrogenase;, alpha/beta-Hydrolases superfamily protein), 激素響應蛋白[如, SAUR- like auxin-responsive protein family;, auxin response factor 8 (ARF8);, arginine decarboxylase 2 (ADC2);, nuclear factor Y (NF-YC9)], 氧化脅迫、滲透脅迫、鹽脅迫或水分剝奪響應蛋白[如, EARLY RESPONSE TO DEHYDRATION 6 (ERD6);, NPK1-related protein kinase 1 (NP1);, TIR-NBS-LRR;, calreticulin 1b (CRT1b)]等。和所編碼的蛋白功能未知。

圖8 顯著性標記所在的Blocks及候選基因

顯著性標記用黑色邊框標示, 候選基因用下畫線標示。

Significant markers are marked with black border and the candidate genes are underlined.

表5 甘藍型油菜濕害脅迫響應性狀耐濕系數候選基因相關信息

(續表5)

3 討論

張學昆等[15]研究發現, 油菜苗期濕害處理使植株變得矮小, 葉片發黃, 莖稈纖細, 可溶性糖和丙二醛含量升高, SOD酶活性增強, 而POD酶活性在耐濕材料中顯著提高, 在濕害敏感材料中顯著降低。李浩杰等[27]認為, 濕害脅迫抑制了油菜生長, 使得根冠比、根干重下降。李真等[11]對油菜DH群體苗期的耐濕性鑒定發現, 濕害脅迫后各家系的根干重、地上部干重都較正常灌溉組下降。涂玉琴等[28]研究發現甘藍型油菜幼苗的綠葉數在濕害脅迫后明顯減少, 黃葉數增加, 地上部鮮重和干重顯著低于對照。本研究結果顯示, 濕害脅迫后, 甘藍型油菜幼苗綠葉數減少, 地上部鮮重、干重均降低, POD酶活性和MDA含量升高, 這與前人研究結果基本一致。

陳龍等[29]認為植物在遭受逆境脅迫時, 一些原有的蛋白質合成受到抑制, 逆境蛋白被誘發合成以提高植物的耐脅迫能力。濕害脅迫對油菜幼苗可溶性蛋白含量的影響, 前人的研究結果不盡一致。范其新[30]研究發現濕害脅迫前后油菜幼苗的可溶性蛋白含量變化不大。張學昆等[15]發現濕害處理使油菜幼苗可溶性蛋白含量升高。在薛遠超[31]研究中, 濕害脅迫下油菜苗期可溶性蛋白含量耐濕系數為0.68~1.44, 說明在有的材料中可溶性蛋白含量升高, 而有的材料降低。陳娟妮等[18]對長江流域主要甘藍型油菜品種苗期耐濕性鑒定發現, 濕害使可溶性蛋白有不同程度的降低, 本研究的結果與此一致。濕害脅迫下, 可溶性蛋白含量的變化可能與試驗材料的耐濕性強弱、濕害脅迫程度和時間有關。本研究的濕害脅迫時間為4周, 可能由于多數材料可溶性蛋白的分解加劇, 合成受阻, 導致可溶性蛋白含量有所降低。

李真等[11]和涂玉琴等[28]發現, 濕害脅迫后油菜幼苗地下部鮮重和干重均顯著低于對照, 而薛遠超[31]對油菜苗期進行淹水處理(保持水面高于土面3 cm), 發現不同材料地下部干重耐濕系數為0.24~3.91, 平均為1.03, 說明大多數材料在受到濕害脅迫后地下部干重會增加。本研究的結果與此一致, 其可能原因是本研究的濕害脅迫處理土壤表面無積水, 對部分耐濕性強的材料根系生長抑制較小, 且受到濕害脅迫后形成了部分不定根, 使根的總量超過了正常灌溉的對照。李真等[11]也發現油菜DH群體受到淹水處理后部分耐濕性強的株系植株下胚軸接近水表面處形成了許多不定根。

本研究對8個濕害脅迫響應性狀的耐濕系數進行全基因組關聯分析, 共檢測到36個顯著相關的SNP位點, 可解釋8.28%~12.95%的表型變異, 其中17個顯著性標記所關聯的耐濕系數在不同的SNP基因型間具有顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)的差異, 而其余19個差異不顯著, 原因可能是關聯分析所采用的閾值(1/32,839)對于某些性狀偏高, 導致出現假陽性的關聯位點。17個顯著性標記所在的Blocks覆蓋了71個候選基因, 其中64個可通過同源的擬南芥基因注釋預測其功能。有研究表明, ARF8為根生長發育調控所必須, 參與生長素激活的信號通路[32], 精氨酸脫羧酶ADC2響應ABA、JA、冷脅迫、滲透脅迫、氧化脅迫、鹽脅迫、機械損傷等[33], TIR- NBS-LRR蛋白具有應激響應和信號傳導功能[34], ERD6響應ABA、鹽脅迫和水分剝奪[35], NF-YC9參與脫落酸激活和赤霉素介導的信號通路[36], NPK1- related protein kinase 1 (NP1)響應氧化脅迫[37], CRT1b響應氧化脅迫和鹽脅迫[38-39]。它們對應的甘藍型油菜同源基因在本研究中都被預測到。許多研究發現, miRNA和可變剪接在濕害脅迫響應過程中具有重要作用, Zou等[40]對甘藍型油菜苗期濕害脅迫下根部轉錄組分析檢測到了一系列“DNA/RNA binding”基因。本研究檢測到了3個DNA binding候選基因和1個RNA binding候選基因。根據這些候選基因注釋的功能可以推測, 甘藍型油菜可能通過miRNA或可變剪接調控、轉錄因子調控、生長調節、激素響應及一系列酶類和功能蛋白等響應濕害脅迫, 同時也可能存在與其他非生物脅迫和應激響應相關的基因參與濕害脅迫響應過程。本研究篩選的與甘藍型油菜濕害脅迫響應性狀顯著關聯的分子標記和候選基因, 為進一步進行基因功能驗證、闡釋濕害脅迫響應機制奠定了基礎, 將有助于耐濕品種的培育。

4 結論

濕害脅迫較正常灌溉, 油菜幼苗綠葉數減少, 地上部干重和鮮重以及葉片可溶性蛋白含量降低, 葉片POD酶活性和MDA含量略有升高。地下部干重和鮮重在多數材料中降低, 而在有些材料中升高, 變化幅度均較小。共檢測到與耐濕系數顯著關聯的SNP標記36個。17個所關聯的耐濕系數在基因型間具有顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)差異, 其所在的Blocks共覆蓋71個候選基因, 其中64個Blast到同源擬南芥基因, 主要編碼轉錄因子、轉運蛋白、生長抑制子、蛋白磷酸酶、DNA/RNA結合蛋白、激素響應蛋白以及氧化脅迫、滲透脅迫、鹽脅迫或水分剝奪響應蛋白等。

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Genome-wide association analysis and candidate genes prediction of waterlogging-responding traits inL.

LI Yang-Yang1,2,3,**, JING Rong-Rong1,3,**, LYU Rong-Rong1,2,3, SHI Peng-Cheng1,2,3, LI Xin1,2,3, WANG Qin1,2,3, WU Dan1,2,3, ZHOU Qing-Yuan1,3, LI Jia-Na1,2,3, and TANG Zhang-Lin1,2,3,*

1College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715, China;2Academy of Agricultural Sciences, Southwest University,Chongqing 400715, China;3Chongqing Engineering Research Center for Rapeseed, Chongqing 400715, China

The yield and quality of rapeseed are significantly affected by waterlogging. Many researches on waterlogging of rapeseed mostly aimed at its mechanism and physiological response, but a few of them identified the genes related to waterlogging. In this study, 248L. accessions were planted in flowerpots with treatments of waterlogging and well watering for four weeks when the plants had four true leaves in rain-proof installation, and eight waterlogging-responding traits were investigated. The genome-wide association analysis was carried out based on 60K Illumina Infinium SNP genotype data and the candidate genes associated with waterlogging responses were predicted. Under waterlogging, the number of green leaf, the shoot fresh weight and dry weight, the leaf soluble protein content were lower, and the leaf POD activity, the MDA content were higher than those under well watering. The root fresh weight and dry weight were lower in most accessions and higher in some accessions under waterlogging stress. A total of 36 SNPs were identified associated with waterlogging traits and explained the phenotypic variation of 8.28%–12.95%. There were significant (< 0.05) or extremely significant (< 0.01) differences in the waterlogging resistance index among genotypes of 17 SNPs. The Blocks containing 17 SNPs covered 71 candidate genes. Among them, 64 candidate genes were homologous togenes by blast. They encoded transcription factors (e.g. transcription initiation factor IIF, bZIP68, myb-like HTH transcriptional regulator family protein), transport protein (e.g. SUC2), inhibitor of growth (e.g. ING2), protein phosphatase (e.g. protein phosphatase 2C family protein), DNA/RNA binding proteins [e.g. bHLH DNA-binding superfamily protein, RNA-binding (RRM/RBD/RNP motifs) family protein], hormone response proteins (e.g. ARF8, ADC2, ERD6, NF-YC9), oxidative/osmotic/cold stress or water deprivation response proteins (e.g. ERD6, NP1, TIR-NBS-LRR, CRT1b). These results would be benefit for revealing the waterlogging resistance mechanism and cultivating new varieties with waterlogging resistance inL.

L.; waterlogging-responding traits; genome-wide association analysis; candidate genes

本研究由重慶市社會事業與民生保障科技創新主題專項(cstc2016shms-ztzx80010), 國家重點研發計劃項目(2018YFD0100504)和中央高?；究蒲袠I務費專項資金項目(XDJK2019D021)資助。

This study was supported by the Science and Technology Innovation Project of Chongqing Social Undertakings & Livelihood Security (cstc2016shms-ztzx80010), the National Key R&D Program of China (2018YFD0100504) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (XDJK2019D021).

唐章林, E-mail: tangzhlin@swu.edu.cn, Tel: 023-68251264

**同等貢獻(Contributed equally to this work)

李陽陽, E-mail: liyangyangswu@163.com; 荊蓉蓉, E-mail: m15525440862@163.com

2019-02-25;

2019-06-24;

2019-07-16.

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190715.1553.004.html

10.3724/SP.J.1006.2019.94027