油菜花色遗传研究进展

陈志爱 韩配配 倪正斌 孙红芹 万林生

（江苏沿海地区农业科学研究所 江苏 盐城 224002）

花色是十字花科作物重要的形态特征之一[1]。 花色可以用在品种纯度检测及测定一些品种的自然异交率等方面，并且有望在未来发挥更大价值。 目前生产上常见（或者生产上大面积种植）的油菜花瓣颜色主要有金黄色、鲜黄色、柠檬黄和乳黄色，而乳白色、白色、微紫色及黄白嵌合等颜色的花瓣则较为少见，橘红色油菜品种与上述的油菜花色相比更为少见，紫色的油菜花和红色的油菜花在油菜品种中极为稀有[2]。 油菜花色丰富多彩，可用于观光农业，推动农村经济的发展， 为农业增产增收的同时带动旅游业的发展[3]。 因此，油菜花色的研究已成为油菜领域研究的重要内容之一。 本文作者对油菜花色的来源、油菜花色与其他性状的关联性、油菜花色遗传、油菜花色分子机制等方面的研究进行综述， 以期为彩色油菜的选育提供参考。

1 油菜花色变异来源

油菜花色变异来源广泛。 不同的花瓣具有不同的性状来源，表现出不同的遗传关系，前人对油菜花色变异的来源主要归纳为以下3 类[4]。

第一类是自然变异， 即油菜在自然环境且没有人为控制条件下发生的变异， 如甘蓝型油菜的白色花瓣自然突变体。 自然变异产生不同的甘蓝型油菜花色材料， 如利用细胞质恢复系为研究材料， 李莓等[5]发现油菜花色为橘红色的突变体，在甘蓝型油菜中张洁夫等[6]获得97 088 份黄色材料；在甘蓝型油菜和芥菜型油菜中，吴新杰[7]、Rahman 等[8]发现了乳白色突变体； 在甘蓝型油菜杂交种C022 不育系中，于澄宇等发现了黄白嵌合体花瓣[9]。

第二类是人工诱变，即人为利用化学诱变（如秋水仙素、亚硝酸等）和物理诱变（如紫外线、激光等）诱发油菜花色发生的变异，如赵永福等[10]利用甲基磺酸乙酯（EMS）和叠氮化钠（NaN3）等化学试剂对油菜进行诱变，获得淡黄色花瓣突变体；Wang 等[11]、石从广[12]、黄永娟[13]利用EMS 分别获得了白花突变体、淡黄花突变体、黄白双色花突变体；彭家成[15]利用N+离子束辐照获得淡黄色花的突变体[14]；孙加焱等利用800 Gy（60Co-γ）射线辐照产生白色花瓣突变体。

第三类是基因转育，主要通过远缘杂交、染色体加倍等方法， 将植物花色基因导入油菜中或合成新型油菜品系。 种间杂交主要是指通过不同物种进行的远缘杂交，如萝卜与甘蓝杂交，由于后代可能出现败育，经染色体加倍得到白花材料，再通过人工转育等操作也可以获得甘蓝型油菜白花新材料[2]。 陈宝元等[16]也利用同样的技术，获得了白花芥蓝与黄籽沙逊形成的白花黄籽人工合成油菜No.2127； 牛应泽等[17]则获得了白花芥蓝和白菜的远缘杂交白花甘蓝型油菜。 赵志刚[18]、丁力[19]利用诸葛菜与甘蓝型油菜华双3 号材料， 在人工干预的情况下通过体细胞融合技术，再结合多代回交、 染色体加倍等获得带有橘红色花瓣的诸葛菜-甘蓝型油菜二体附加系。 蒲晓斌等[20]通过甘蓝型油菜近缘植物的远缘杂交， 在后代中发现红色花瓣单株，经过大量转育后获得橘红花材料，后又经过杂交转育，获得橘红、桃红、萝紫、粉黛、纯白、翠绿和嵌合花色等一大批不同花色新材料。

2 油菜花色与其他性状的关联性

分析油菜花色与其他性状间的关系是培育和丰富种质资源的关键。 大量研究表明，甘蓝型油菜白花性状与芥酸含量密切相关[21-22]。 Qiu 等[23]研究发现，N13 染色体上含有一个控制芥酸含量的主要基因。刘雪平等[24]通过集团分离分析法筛选到一个与甘蓝型油菜黄花和低芥酸均连锁的RAPD 标记S92-1400。 Kato 等[25]和Tokumasu[26]认为，油菜花色与胚发育密切相关，只有当配子中仅存在黄花基因时，胚才更有利于发育成有活性的种子， 而当配子中存在白花基因时，胚发育受阻，种子活性降低，植株结实率下降。 除此之外，Lommen 等[27]也发现，白花型油菜胞质不育系生存力差、硫含量高等。

3 油菜花色遗传

油菜花色的遗传研究早有报道， 但由于花色研究材料和性状来源不同， 所表现的遗传关系也不相同。 1927 年，Sylvén[28]首次提出2 对基因的互作会引起甘蓝型油菜花色差异；1929 年，Pearson[29]提出白花相对于黄花来说是显性性状， 且白花受显性单基因控制；随后，在不同类型油菜研究中，不同学者对花色遗传提出不同看法。 1945 年，Sun[30]提出芥菜型油菜的乳白花受2 对基因控制，该结果与Singh 等[31]的研究结果一致，且Singh 等认为芥菜型油菜的黄花和乳白花均由2 对基因控制，黄花对乳白花为隐性。 然而1977 年Heyn 在甘蓝型油菜花色研究中提出相反观点，认为甘蓝型油菜黄花对乳白花为显性，但多位学者认为甘蓝型油菜白花受显性单基因控制[33-35]。 田露申等[36]研究表明，在人工合成的甘蓝型油菜中，白花受W1和W2两个不完全显性基因控制，W1对W2具有隐性上位作用。 也有研究认为，在甘蓝型油菜黄白嵌合突变体中，隐性基因控制了白色性状的表达，并且只在一部分区域进行表达[9]。 对于甘蓝型油菜橘红色和金黄色，李莓等[37]和张洁夫等[38]认为二者均是由2 对隐性基因控制的，而朱家成等[39]则发现甘蓝型油菜鲜黄色和橘黄色受2 对重叠基因控制， 且鲜黄花对橘黄花为显性。 另有研究发现，在显性核不育的纯合橙黄色甘蓝型油菜品种中， 其橙黄色表型与鲜黄色油菜品种对比为隐性性状，并且是由2 对核基因控制的， 只是这2 个基因的物理位置是重叠的[40]。Zhang 等[41]认为人工合成的甘蓝型油菜中，花瓣颜色的变化受到2 个方面的影响， 分别是细胞核基因的控制和细胞质基因的影响。 在结球甘蓝研究中，刘玉梅等[42]发现白花是由隐性单基因控制的。

4 油菜花色分子机制

近年来，随着分子生物学技术的迅速发展，遗传标记在遗传图谱构建、基因定位、分子标记辅助育种等方面得到了广泛应用。 在已建立的遗传连锁图谱基础上，逐步挖掘出一些与花色性状相关的位点。 田露申[43]的研究表明，在黄色花瓣中BnaPSY基因表达较高，而在白花花瓣中表达较低，在乳白色花瓣中表达量居中。 Zhao 等[44]研究发现，甘蓝型油菜花色受BnPSY、BnPDS、BnNCED3等多个类胡萝卜素代谢相关基因的影响。张豹等[45]在C03 染色体上定位到一个控制白花的显性基因， 并获得其候选基因BnaC03.CCD4，深入研究发现BnaC03.CCD4基因编码区存在一个7.62 kb 的转座子插入，转基因功能验证发现该候选基因可使黄花转变为白花。 淡亚彬[46]在A09 染色体上定位到一个甘蓝型油菜橘红花的基因，Yao 等[47]在C09 染色体上定位到一个橙色花基因， 区间为151 kb，区间内包含33 个候选基因。 Liu 等[48]对橙色花基因进行基因定位， 认为OF1在C09 染色体上25 kb 的区域，OF2在A09上196 kb 的区域，并成功克隆2 个基因。赵君伟[49]将白菜型油菜花色基因初步定位在A02 染色体上，接着进行精细定位，最终将白花基因定位在A 基因组的2 号染色体上，SNP 标记378～1 100 之间。 陈雪初步推断控制甘蓝型油菜白花性的基因位于C03 染色体上， 再利用F2群体将白花候选基因精细定位在InDel 标记2 和SSR 标记139之间，2 个标记之间的物理距离为254 kb[50]。张亚妮[51]利用橘红花色品系X118 与黄花品系R258 杂交产生BC5II 群体为研究对象，对Bnpc2进行精细定位及其课题组前期研究表明甘蓝型油菜橘红花性状为隐性性状， 由基因Bnpc1、Bnpc2控制， 利用分子标记将Bnpc1基因定位于C 基因组9 号染色体151 kb 的区间范围内， 将Bnpc2基因定位到A 基因组9 号染色体3.721～3.748 Mb 的区间内。 张向向[52]通过对芥菜型油菜白花遗传规律进行分析，白花为隐性性状，由基因Bjpc1和Bjpc2控制， 接着利用重测序技术将BjPC2基因初步定位在芥菜型油菜B 基因4 号染色体上， 在候选区间进一步开发分子标记， 最终将BjPC2基因定位在31 kb 物理区间内。 Zhang 等[45]利用分子标记技术找到了与白花显性基因紧密连锁的2 个标记， 通过2 个连锁标记定位白花基因，2 个连锁标记与白花基因的物理距离分别为3.0 cm 和3.2 cm。

郭青青[53]以甘蓝型油菜双单倍体纯系黄花Y05和橘红花R08 为研究材料,研究结果表明橘红花性状受1 对显性主效基因控制, 全基因组重测序定位橘红花性状基因候选区间结果与转录组测序定位结果高度一致, 均位于法国甘蓝型油菜Darmor-bzh A07染色体18～19 Mb。 杨茹涵[54]利用芥蓝（白花）与野生甘蓝（黄花）构建F2分离群体为研究材料，研究表明甘蓝花色性状由C03 染色体上一个部分显性主效QTL 位点控制， 并受到C02 上一个微效加性QTL 的影响；主效QTL 候选基因BoCCD4编码区778～780 bp处3 个碱基的插入极可能导致BoCCD4功能丧失，从而呈现黄色表型。蒋娜娜[55]以甘蓝型油菜品种中双11 为亲本1 和红色花的红花油菜（H121）株系为亲本2，由红花油菜（H121）与黄花油菜中双11 号杂交获得F1，然后F1进行自交获得F2，由F2构建了CRY1和CRY2 两个群体， 根据比对结果得到的物理位置信息， 最终将QTL 定位于甘蓝型油菜A7 的21140986～21186265 区间内，区间大小45 kb。 周蓉[56]以甘蓝型油菜黄花Y05和橘红花R08及子代群体为研究材料，将甘蓝型油菜橘红花显性基因定位在A07染色体，候选区间为17～23Mb。 并推测橘红花候选基因为基因BnaA07g33370D。贾乐动[57]以不同色系花瓣材料中具有代表性的甘蓝型油菜橘红花品系OrP、白花品系WP 和黄花品种ZS11、WYA47 及DHM42 等为研究材料将橘红花性状候选基因精细定位在Darmor-bzh 参考组A07 染色体164.389 kb 区间内，预测期候选基因为BnaA07.PAP2。 并将白花性状候选基因定位在Darmor-bzh 参考组C03染色体的52 ～54 Mb 区间内，预测其候选基因为BnaC03.NCED4。

5 展望

油菜是我国主要的油料作物。 一方面随着人们日常生活质量的愈加提高， 对观光旅游也愈加兴趣浓厚，不同颜色的油菜花大面积种植，同时利用不同颜色搭配形成靓丽的图画，吸引了众多观光者，促进了乡村旅游业的发展， 也成为农民增收的重要途径之一。 另一方面，油菜花色颜色很容易被肉眼辨别，受环境的影响不大，作为一种指标，在种间性状转移技术的可行性检验、自然异交率、种子纯度、去除杂株等诸多田间应用中发挥着重要作用。 如果将油菜彩花性状与杂种优势利用相结合，实现彩花、品质、产量及抗逆性的同步提升和综合协调， 满足油菜多功能利用和多样化发展的产业需求， 对油菜产业发展和乡村振兴的促进意义重大。