大豆种质发芽期耐盐碱性全基因组关联分析研究

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大豆(Glycine max(L.)Merr.)是人类主要的蛋白质和食用油脂来源,盐碱胁迫是影响大豆产量和品质的一个重要不利因子。因此,鉴定和筛选耐盐碱大豆种质,解析大豆耐盐碱性的遗传基础,是开展大豆耐盐碱育种工作的重要前提。目前在大豆耐盐碱种质资源发掘和遗传解析方面取得了许多研究进展,但大豆耐盐碱胁迫分子机制仍未明确,且对大豆新种质的耐混合盐碱性的研究较少。为此,本研究以近年来选育的281份大豆品种(系)为研究材料,在种子发芽期以60 mmol/L混合盐碱溶液(NaCl:Na2SO4:NaHCO3:Na2CO3=9:1:1:9,物质的量之比)模拟盐碱胁迫,通过分析发芽势、发芽率、幼苗长、根长、苗鲜质量、根鲜质量和根干质量等形态指标对大豆种质发芽期的耐盐碱性进行综合评价;结合覆盖大豆全基因组的SNP标记信息,对大豆种质发芽期耐盐碱性相关性状进行全基因组关联分析,解析大豆耐盐碱性的遗传构成,并发掘优异等位变异及其载体材料,以期为大豆耐盐碱遗传育种及性状的分子机制解析提供帮助。主要结果如下:1.281份大豆种质发芽期的耐盐碱性鉴定以60 mmol/L混合盐碱溶液模拟盐碱胁迫处理大豆种子,设蒸馏水对照。调查发芽势、发芽率、幼苗长、根长、苗鲜质量、根鲜质量和根干质量等指标的耐盐碱系数,以各项指标的耐盐碱系数作为衡量耐盐碱性的指标,通过主成分分析和隶属函数法对大豆种质发芽期的耐盐碱性进行了综合评价。结果表明,所有材料的耐盐碱性可分为5类。其中极端耐盐碱材料7份,占比2.49%;耐盐碱材料20份,占总数的7.12%;中等耐盐碱的材料最多,为135份,占比48.04%;敏盐碱的材料共103份,占总数的36.65%。极端敏盐碱的材料为16份,占总数的5.69%。2.大豆种质发芽期耐盐碱性相关性状的全基因组关联分析利用覆盖全基因组的SNP标记信息,结合调查的表型数据,使用TASSEL V 5.2软件中的混合线性模型(PCA+K)和一般线性模型(GLM)对大豆种质发芽期的耐盐碱性进行了全基因组关联分析。结果显示,8个性状共关联到268个SNP标记,分布在大豆所有20条染色体上。其中,在大豆第5号染色体的38.1-38.6 Mb区间、16号染色体的6.8-7.8 Mb区间、16号染色体的28.3-30.8 Mb和17号染色体22.4-23.6 Mb区间与多个性状相关联,可以当作下一步工作的研究重点。3.分析了大豆种质发芽期耐盐碱性优异等位变异的分布基于全基因组关联分析的结果,从中筛选出一批增效(优异)等位变异,并进一步分析了这些等位变异在极端种质中的分布特点。其中,相对根长具有9个优异增效等位变异,相对苗全长具有12个优异增效等位变异,相对根鲜质量具有5个优异增效等位变异,相对苗鲜质量具有11个优异增效等位变异,相对根干质量具有7个优异增效等位变异,综合评价D值具有7个优异增效等位变异。综上,本研究对281份大豆种质发芽期的耐盐碱性进行了综合评价和鉴定,并利用全基因组关联分析的方法揭示了大豆种质发芽期耐盐碱性的遗传构成,研究结果可为大豆耐盐碱育种和分子机制解析提供有用信息。
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