大豆产量相关性状QTL的遗传解析及优异等位变异的挖掘

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hafuu
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大豆[Glycine Max(L.)Merr.]是重要的粮食和经济作物,产量一直是人们关心的重点,培育高产,优质的大豆品种一直是育种家的首要目标。随着现代大豆育种的进.程,大豆的遗传多样性下降,优异的等位基因丢失。野生大豆是栽培大豆的近缘物种,是重要的大豆基因资源。大豆产量相关性状是复杂的数量性状,受多基因控制,其性状表现是基因型与环境共同作用的结果。大豆产量影响因素较多,包括生育期性状,生长形态性状,产量组分及籽粒性状等。由于大豆产量相关性状的复杂性及育种手段的局限性,长期以来,传统的基于表型选择的高产育种很难取得突破性进展。分子标记技术的出现及生物信息学的发展,为人们从分子水平上研究大豆的高产机理及相关性状的基因定位提供了技术支撑。利用鉴定大豆基因组中与产量密切关联的功能位点进行分子标记辅助选择或利用控制产量性状功能基因来进行转基因育种可加速大豆育种进程。为了挖掘控制产量相关性状的功能位点,筛选优异的等位变异及优良的种质资源,本试验利用重组自交群体,栽培大豆和野生大豆群体,对16个大豆产量相关农艺性状在多年多点的环境下进行调查,以SSR标记和全基因组的SNP标记对16个性状进行连锁分析和关联分析,主要结果如下:1.对以科丰1号和南农1138-2构成的重组自交系16个产量相关性状进行QTL定位,结果表明:2个亲本除单株粒数,单株荚数及分枝数外,其他产量性状均存在极显著差异;16个产量相关农艺性状均存在广泛的变异,受环境因素影响较大。相关分析显示除个别性状之间相关程度不显著外,大多数性状之间存在显著的相关;利用复合区间作图法,本试验在3个环境和BLUP预测值中共检测到59个QTL,分布于15个染色体上。其中生育期共检测到6个QTL,分布于6、8、20号染色体上,qFT6-2在3个环境中都能检测到,LOD值为2.6,表型变异解释率为8.94%。株高检测到6个QTL,其中5个能够在3个环境和BLUP预测值中稳定检测到,qPH6-2的LOD值为5.25,表型变异解释率为10.13%,qPH8-1的LOD值为5.41,表型变异解释率达24.85%,这两个QTL是主效QTL。单株粒数6个QTL,其中qTS12-2能在3个环境中检测到,表型变异解释率达10.45%,LOD值为4.14。单株荚数和单株产量各1个QTL,但在年份中不稳定。分枝数,茎粗和主茎节数各检测到3个QTL,其中qNO6-1是稳定检测到,表型变异解释率为6.05%。粒型性状共检测到20个QTL,其中控制粒长高比的3个QTL(qLSH2-1、qLSH20-1和qLSH20-2)被稳定检测到,表型变异解释率较大,在5.42%到10.38%之间;在所有的QTL中,11个QTL是在3个环境以上检测到的,48个位点是本研究新检测到的QTL,13个QTL同时控制2个或2个以上性状;利用混合线性模型对16个表型进行的QTL定位结果显示大部分QTL与CIM的结果一致,部分是新定位到的,此外本试验在16个性状上定位到130对上位性QTL,都是加性-加性上位性QTL,其中株型性状检测到27对,生育期性状20对,产量组分24对,籽粒大小及形状共56对。2.利用自然群体1112个全基因组SNP与16个产量相关性状在9个环境下的关联分析结果表明:本试验群体无论是在表型还是在基因型上都存在广泛的多样性,16个性状受环境影响较大,除个别性状遗传力较高外,其他农艺性状遗传力较低。个体间亲缘关系较弱,群体结构显示本群体可以分为2个亚群,第一个亚群的材料主要来自中国南方生产区,成熟期较晚,第二个亚群的材料来主要来自于中国北生产区,成熟期较早。利用16个表型性状BLUP预测值进行聚类分析显示试验群体划分2个大类,结果与基因型聚类分析基本一致;表型主成分分析显示第一个主成分主要是粒型因子,贡献率为36.69%,第二个为产量构成因子,贡献率为32.62%,第三个为生育期因子,贡献率为16.09%,第四个为株型因子,贡献率为4.37%。LD在全基因组的平均衰减水平约为500Kb。关联分析发现共有80个标记与表型的显著关联,共有46个位点,其中16个位点与2个以上的性状关联,11个位点是本试验新定位到的。BARC-029185-06106位点与百粒重在6个环境中显著关联且在前人研究中在4个环境中也检测到显著关联,基于该标记对应基因的注释信息、大豆的LD及前人QTL的定位,Glyma03g32380初步认为是控制百粒重的一个候选基因,有待下一步候选基因的关联分析和转基因功能验证。根据稳定的位点和表型性状,发掘了优异等位基因和其对应的典型携带材料。3.对113份野生大豆的11个性状与85个SSR在3个环境和BLUP预测值中进行了关联分析和优异等位基因的挖掘,结果显示11个性状在年份间受环境影响较大,群体结构对生育期性状的影响在30%左右,对其他性状影响较小,11个性状均存在一定的变异,共有19个标记位点与野生大豆8个农艺性状显著关联,它们分布于C2、F、G、H、J、K、L和N连锁群上。有9个标记与百粒重相关联,其中satt521、satt516、satt641、satt316的表型变异解释率较大,分别为24.29%、40.10%、33.86%、41%;satt102与开花期显著关联,表型变异解释率为16.53%;satt521在2个环境中检测到与成熟期显著关联,表型变异解释率为18.21%;sct010在两个环境中与单株产量稳定关联,表型变异解释率大于14.55%。这19个位点当中,10个位点能够在2个环境以上检测到,个别位点是与前人报道的一致,大部分位点是本试验新发现的,但在年份间不稳定。根据显著的标记位点和基因型,分别发掘了优异的等位变异及等位变异携带的典型材料。
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