大豆產量相關性狀QTL的關聯(lián)分析及候選基因GmGA3ox單倍型鑒定.pdf

1、大豆[Glycine Max(L.)Merr.]是重要的糧食和經濟作物，其產量的形成與許多重要的農藝性狀和經濟性狀直接或間接相關，如開花期、成熟期、產量組分以及光合性能等。這些性狀均屬復雜的數量性狀，應用傳統(tǒng)育種方法進行遺傳改良已經越來越難。隨著生物技術的發(fā)展，利用分子育種技術培育高產大豆品種成為現(xiàn)代大豆育種計劃的主要內容之一。通過鑒定大豆基因組中與大豆產量相關性狀緊密關聯(lián)的功能位點或單倍型，開發(fā)新的功能標記對目標性狀進行分子標記輔助選

2、擇，或利用大豆產量相關功能基因進行轉基因育種，可大大提高大豆高產育種效率，達到定向選育的目的。
　　 為了發(fā)掘大豆基因組中控制大豆產量相關性狀的功能基因/QTL，本研究在大豆產量性狀一致性QTL候選區(qū)域內利用SSR等標記進一步對產量性狀QTL進行了關聯(lián)定位，并對大豆產量、產量組分及光合相關性狀進行了基于SNPs及單倍型的全基因組關聯(lián)分析。在此基礎上，結合大豆基因組序列信息，利用生物信息學方法篩選與大豆產量相關的候選基因，通過候選

3、基因關聯(lián)分析策略驗證其功能、鑒定出優(yōu)異單倍型，為大豆高產分子育種提供有效的依據。主要結果如下:
　　 1.利用關聯(lián)分析方法在大豆產量性狀QTL候選區(qū)域內對大豆產量性狀QTL進行了關聯(lián)定位。結果表明，產量相關性狀在196份栽培豆組成的自然群體內存在廣泛的表型變異;除了百粒重與花期、株高間相關不顯著外，其余性狀間均存在極顯著相關;染色體6、7、19上共線性或非共線性位點組合均存在一定程度的LD，并且LD衰減速率較快;基于MLM模型，

4、在5個環(huán)境中共檢測到40個標記位點與產量相關性狀顯著關聯(lián)，其中有26個標記位點在所有環(huán)境中均能被穩(wěn)定檢測到，7個標記位點在所有環(huán)境中同時與2個或2個以上產量性狀共關聯(lián);穩(wěn)定關聯(lián)的標記位點等位變異數目差異較大，而且不同等位變異對表型的效應差異也較顯著，在高產育種中可利用不同位點的優(yōu)異等位變異進行優(yōu)良性狀聚合育種。位于染色體7上的Satt150在5個環(huán)境中均被穩(wěn)定檢測到與產量及其他相關性狀存在顯著關聯(lián)，并且與國內外多次報道的主效QTL位點一

5、致?；谶B鎖不平衡的原理，將大豆產量性狀QTL進一步縮小到Satt150兩側標記518 kb區(qū)間內(GMES2109～Saa316)，為下一步進行產量相關候選基因的篩選和功能標記輔助育種奠定了基礎。
　　 2.為了進一步發(fā)掘大豆基因組內與產量及產量組分存在關聯(lián)的功能區(qū)域，本研究以191份栽培豆為研究群體，通過2年5環(huán)境試驗，利用1536個SNPs和209個單倍型，對大豆產量及產量組分進行了全基因組關聯(lián)分析。研究結果表明，191份

6、栽培豆組成的自然群體內存在廣泛的表型變異和遺傳多樣性;利用1142個SNPs（最小等位基因頻率大于10％）將該群體聚為兩個亞群，個體間不存在或僅存在較弱的親緣關系，群體內位點間LD衰減距離大約為500kb。全基因組關聯(lián)分析共檢測到19個SNPs和5個單倍型在3個或3個以上環(huán)境中與單株莢數、單株粒數、百粒重和產量存在顯著關聯(lián)，部分顯著關聯(lián)的位點位于前人利用連鎖分析檢測到的QTL。內或與其緊密相鄰。在顯著關聯(lián)的位點中，檢測到9個標記位點與2

7、個以上不同的產量性狀同時關聯(lián);穩(wěn)定檢測到4個SNPs和1個單倍型位點在所有環(huán)境中均與百粒重存在顯著關聯(lián)，并且各位點等位變異所對應的百粒重均值差異板顯著，優(yōu)良等位變異與較差等位變異間的百粒重均值差異達4g。這些位點均有助于更好地揭示大豆產量及產量組分的遺傳機制，為將來通過分子育種技術改良大豆產量，實現(xiàn)高產穩(wěn)產奠定了基礎。
　　 3.根據大豆產量性狀QTL候選區(qū)域關聯(lián)定位及全基因組關聯(lián)分析結果，結合大豆基因組序列信息，利用生物信息學

8、手段，在染色體7上篩選到大豆產量相關的候選基因GmGA3ox。通過對191份栽培豆中的GmGA3ox序列進行多態(tài)性分析，共檢測到的16個SNPs和4個Indel（最小等位基因頻率大于10％），并且存在5個明顯的單倍型域。關聯(lián)分析共檢測到5個SNP/Indel在3個以上環(huán)境與產量間存在顯著關聯(lián)，其中有2個多態(tài)性位點在所有環(huán)境中均被檢測到與產量顯著關聯(lián)。在3個以上環(huán)境中，共檢測到1個單倍型（GmGA3ox_H4）與百粒重存在顯著關聯(lián)，2個單

9、倍型（GmGA3ox_H4、GmGA3ox_H5）與產量顯著關聯(lián)。其中，GmGA3ox_H4在所有環(huán)境中均被檢測到與百粒重存在顯著關聯(lián)，對百粒重的表型變異解釋率達9.67％，最優(yōu)單倍型與最差單倍型間百粒重差異達4g; GmGA3ox_H5則在所有環(huán)境中均與產量顯著關聯(lián)，對產量的表型變異解釋率達20.19％，最優(yōu)單倍型與最差單倍型產量差異達1倍;序列結構分析發(fā)現(xiàn)GmGA3ox_ H4和GmGA3ox_H5均位于3’非編碼區(qū)內，可能參與mR

10、NA的轉錄后調控，引起GA代謝途徑及相關代謝通路的變化，從而引起大豆百粒重及產量的改變。
　　 4.對葉綠素含量(CCI)、葉綠素熒光參數（JIP-test參數）及光合速率(PN)進行的全基因組關聯(lián)分析結果表明，2009年和2010年研究（光合速率為2008年）中，共檢測到47個SNPs、11個單倍型與CCI顯著關聯(lián)，30個SNPs、8個單倍型與Fv/Fm顯著關聯(lián)，33個SNPs、5個單倍型與ABS/RC顯著關聯(lián)，25個SNPs

11、、5個單倍型與ETo/TRo存在顯著關聯(lián)，20個SNPs、7個單倍型與PIABs存在顯著關聯(lián)，15個SNPs、2個單倍型與PN顯著關聯(lián)。在所有檢測到的位點中，共檢測到26個SNPs位點同時與2個或2個以上的性狀存在顯著關聯(lián)。其中，4個與JIP-test參數關聯(lián)的位點同時與PN共關聯(lián);12個SNPs和2個單倍型與大豆產量或產量組分共關聯(lián)。共穩(wěn)定檢測到8個SNPs和2個單倍型在兩年中均與相應的光合性狀存在顯著關聯(lián)，穩(wěn)定關聯(lián)的SNP及單倍型的