大豆蛋白质含量及组分的全基因组关联分析

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大豆是人类摄取植物蛋白的主要来源,提高蛋白质含量是大豆育种中的重要目标。大豆中蛋白质含量及组分都是数量性状,其遗传受环境的影响较大。前人研究表明带状间套作下大豆蛋白质含量会发生变化,但这些变化的遗传机制尚不清楚且遮荫对大豆蛋白及组分的影响研究较少。因此本研究通过设置正常光照和苗期遮光(模拟套作)两种处理,基于芯片测序获得的77511个SNP标记对三个环境(E1:2020年崇州;E2:2021年仁寿;E3:2021年崇州)的181份大豆材料蛋白质含量及组分进行全基因组关联分析,并对候选基因进行预测。主要结果如下:1、不同环境、光照处理对大豆总蛋白含量及组分影响较大。除α亚基和7S组分在两种光照处理下差异不显著外,总蛋白含量及贮藏蛋白7S、11S各亚基相对含量在不同环境、光照处理和基因型三个因素及三因素之间的互作均达到极显著水平。2、以基因型数据为基础的Neighbor-Joining聚类分析结果以及依据交叉验证错误率(CV error)进行的群体结构分析结果都能将181份大豆材料划分为9个亚群。Pop LDdecay对其进行连锁不平衡分析显示,当r~2下降到最大值的一半时,试验群体的LD衰减距离约为50 Kb。3、利用TASSEL 5.2.80中的混合线性模型(MLM)对三个环境正常光照和苗期遮光处理下的181份大豆蛋白质含量及组分进行全基因组关联分析,总共获得286个与性状显著关联的SNP。66个SNP与总蛋白质含量显著关联,可解释7.22~14.27%的表型变异;其中,16号染色体上的两个显著关联SNP标记(16-36064533、16-36064609)在不同环境和光照处理下均检测到,且其表型变异的解释率皆大于10%。220个SNP与贮藏蛋白7S、11S各亚基相对含量显著关联,其中,16号染色体上的SNP与贮藏蛋白组分显著关联的数量最多。在检测到的与各亚基相对含量显著关联的SNP中,5个标记在不同环境中共同检测到。且标记16-36184045(α’、A3亚基关联)与标记16-36064609、16-36064533(总蛋白含量关联)仅相距119 Kb左右。因此,这3个标记(16-36064533、16-36064609以及16-36184045)所在区间是进一步挖掘候选基因的重要区间。4、根据大豆参考基因组Wm82.a1信息,在共定位区段内共检测到146个基因,利用Soybase网站公布的RNA-seq表达谱数据筛选出23个在豆荚及种子发育的10个时期中特异表达或表达量相对较高(某个时期表达值>100)的候选基因,根据比对和注释信息筛选出3个候选基因Glyma.16G206100、Glyma.16G206200、Glyma.16G206300可能参与了大豆蛋白质的合成。
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