大豆芽期耐盐碱性评价及相关等位变异的发掘

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全球约有1/5的耕地受到盐碱胁迫的影响,严重阻碍了世界农作物产量。合理选育耐盐碱品种,是解决盐碱条件下作物产量降低最有效、最经济的方法,但是在实际的育种工作中,对大豆耐碱性的相关研究较少,大多集中在单一的中性盐胁迫上,在同一实验中对中性盐胁迫、碱性盐胁迫优异等位变异的挖掘工作更少。大豆芽期是对盐碱胁迫较为敏感的阶段,也是生长周期中耐盐碱性最弱的阶段。因此,鉴定大豆芽期的耐盐碱性,发掘与其紧密相关联的标记位点,为筛选耐盐碱种质资源提供丰富的理论基础,对培育耐盐碱优质大豆品种有着重要指导意义。本研究用盐碱胁迫下大豆芽期的9个性状的表型值计算出对应的相对耐盐碱系数,对其进行表型变异、相关性以及主成分分析,并评价品种的耐盐碱能力。用筛选出的210对SSR引物对318份大豆品种组成的自然群体进行全基因组扫描。分析其遗传多样性和连锁不平衡特点,结合大豆相对耐盐碱数据进行性状-标记的关联分析,发掘与大豆芽期耐盐碱性状关联位点的优异等位变异及载体材料。结果如下:群体品种耐盐碱性状存在广泛的遗传变异:100mmol/L中性盐(Na Cl)胁迫下相关性状变异系数为9.99%~86.23%,相对发芽率变异系数最大为86.23%;20mmol/L碱性盐(Na2CO3)胁迫下相关性状的变异系数为9.28%~66.19%,相对苗高变异系数最大为66.19%;318份大豆资源的耐盐性被划分为5个等级:极端耐盐品种1份(垦鉴43),占总体品种材料的0.31%,耐盐品种35份,占总体品种材料的11.01%,中等耐盐品种195份占比最大,占总体品种材料的61.32%,敏盐品种80份,占总体品种材料的25.16%,极端敏盐品种7份,占总体品种材料的2.20%;耐碱性划分为5个等级:极端耐碱品种3份(开育3号、合丰48和合丰51),占总体品种材料的0.94%,耐碱品种53份,占总体品种材料的16.67%,中等耐碱品种161份,占总体品种材料的50.63%,敏碱品种84份,占总体品种材料的26.41%,极端敏碱品种17份,占总体品种材料的5.35%。对318份大豆品种进行遗传多样性分析,210对SSR引物共获得1 502个等位变异,每个标记平均为7.15个,变化幅度在2~21;PIC的平均值为0.537,变幅在0.006~0.908之间,其中17号染色体的平均PIC值最高(0.707),15号染色体平均PIC值最低(0.362)。随着等位变异数增加PIC值也在增加,但并非呈现线性关系,其中2号染色体的等位变异数较多但PIC值相对较低,17号染色体等位变异数较少,但是PIC值相对较高。对每个标记的等位变异和PIC值进一步分析,共发现16个严重偏分离位点。对318份大豆品种所组成的自然群进行群体结构分析,结果显示群体被划分为7个亚群,亚群之间存在一定的关联性,亚群POP1和POP7之间遗传距离最大为0.2316,POP1全部为黑龙江品种,POP7全部为地方资源。亚群POP5和POP6之间遗传距离最小为0.0335,POP5和POP6全部为黑龙江品种。210对SSR引物共检测到20 819种组合,共线性组合数993个,占总组合数的5.01%。根据成对共线性组合位点P<0.01支持的连锁不平衡对数582个,占总成对数的58.61%,D’的平均值为0.357。D’>0.5的较高水平LD主要集中在2、9、11、19和20号等染色体上。对共线位点间的LD和遗传距离进行回归分析,通过衰减图可以看出随着遗传距离增加位点间D’值不断衰减,所延伸的最小衰减距离为4.40 c M。使用GLM和MLM模型对318份大豆品种分别进行关联分析,GLM模型共检测到与9个耐盐性状相关联的位点98个,MLM模型检测到与耐盐性状相关联的位点27个,有23个位点同时在两种模型中检测到,贡献率在1.19%~16.04%之间。其中贡献率大于10%的位点有5个:Satt239(14.19%,相对发芽率)、Aw132402(15.63%,相对发芽势)、Satt357(15.93%,相对苗高)、Sat_267(12.31%,相对轴鲜重)和Satt245(13.52%,相对叶鲜重)。GLM模型共监测到与9个耐碱性状相关联的位点119个,MLM模型检测到与耐碱性状相关联的位点有28个,有26个位点同时在两个模型中检测到,贡献率在2.23%~22.51%之间。其中贡献率大于10%的位点有8个:Sat_304(11.75%,相对发芽率)、Satt301(18.25%,相对发芽势)、Satt357(22.51%,相对苗高)、Sat_355(10.83%,相对苗高)Aw132402(14.09%,相对下胚轴长)、Satt094(16.37%,相对叶鲜重)、Sat_256(14.68%,相对叶鲜重)和Satt245(13.17%,相对叶鲜重)。对检测到的位点进行表型效应值计算,9个耐盐相关性状共检测到85个增效等位变异,其中17个为稀有等位变异(分布频率<1%),增效效应值超过20的等位变异有7个,其中有5个等位变异的增效效应值大于20,且为稀有等位变异:Satt357-133(23.63)、Satt339-236(23.25)、Satt422-280(38.05)、Satt245-188(59.36)和Satt519-258(25.17),在两种模型共同检测到与耐盐性状相关联的23个位点中Sct_190增效等位变异的平均效应值最高(28.46),Satt239位点增效等位变异的平均效应值最低(0.36)。9个耐碱相关性状共检测到76个增效等位变异,其中有14个为稀有等位变异(分布频率<1%)增效效应值超过20的等位变异有20个,其中8个等位变异的增效效应值大于20,且为稀有等位变异:Satt237-232(36.19)、Satt094-138(37.24)、Satt357-133(114.72)、Satt239-207(27.09)、Satt665-312(32.04)、Satt094-138(23.66)、Satt245-188(82.14)和Sat_256-335(34.49),在两种模型共同检测到与耐碱性状相关联的26个位点中Satt245位点增效等位变异的平均效应值最高(40.63),Sat_304位点增效等位变异的平均效应值最低(1.71)。本研究筛选出的极端耐盐品种垦鉴43,极端耐碱品种开育3号、合丰48和合丰51,都是携带优异等位变异的典型载体材料,这些材料在育成品种和地方品种中均有分布,这些典型载体材料可以做为亲本材料。
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