野生大豆茎叶性状QTL定位及蔓生性主效QTL qVGH-G候选基因分析

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野生大豆系豆科蝶形花亚科大豆属一年生蔓性缠绕草本植物,存在丰富的遗传变异,特别是在耐逆性、高蛋白等性状上蕴含的优异基因资源可供大豆育种利用。野生大豆的株型不同于栽培大豆,表现为茎纤细蔓生、叶小、叶柄短等特点,这些性状是野生大豆适应进化的表现,揭示其遗传规律有助于深入了解大豆驯化规律,也可为大豆株型改良提供参考。本研究以野生大豆PI342618B为父本和2个栽培大豆南农86-4、南农493-1杂交育成的两个重组自交系群体NJRINP和NJRI4P为材料,对蔓生性、株高、茎粗、小叶长、小叶宽、叶柄长、开花期等7个性状进行QTL定位,并对蔓生性主效QTLqVGH-G-2进行候选基因分析,具体结果如下:表型分析结果表明NJRINP和NJRI4P群体的栽培和野生大豆亲本在蔓生性、株高、茎粗、小叶长、小叶宽、叶柄长6个性状上均存在显著差异,家系间存在极显著差异。NJRINP群体中,株高的遗传率最高,为92.91%,而茎粗的只有61.68%。NJRI4P群体开花期的遗传率最高,为92.54%,而茎粗的只有53.75%。家系的蔓生性程度随着生育期的推迟而增加,蔓生性与株高和茎粗的相关性分析发现,蔓生性与株高呈显著正相关,与茎粗为负相关关系。两个群体共检测到株高、茎粗、小叶长、小叶宽、叶柄长、开花期6个性状的19个QTL,其中有6个QTL是两个群体共同检测到的。控制株高的4个位点中,qPH-G和qPH-L-2是两个群体均检测到的,分别位于G、L连锁群上,NJRINP群体中检测到的qPH-L-2位点的LOD值高达24.49,贡献率为28.65%,qPH-G次之;而NJRI4P群体中G连锁群上的qPH-G位点的LOD值较高,为7.19,在标记bin3823-bin3824之间,贡献率为14.91%,L连锁群上的qPH-L-2次之,认为这两个位点qPH-G和qPH-L-2是共同控制株高的QTL。共检测到4个控制茎粗的QTL,O连锁群上的位点qSD-O在两个群体中均检测到,且在NJRI4P群体中,其LOD值和贡献率最高,分别为3.97、8.34%,加性效应来自母本南农493-1。在检测到的3个小叶长QTL和4个叶柄长QTL中,未发现两个群体共同检测到的QTL,而检测到的4个小叶宽QTL中,不同群体中检测到2个共同的QTL,qLW-42和qLW-L-2,其中qLW-L-2的LOD值在两个群体中均为最高,认为是主效的QTL。NJRINP群体中小叶长、小叶宽、叶柄长这三个叶相关性状的位点qLL-L、qLW-L-2、qPL-L,均在标记Gm19sv484附近,推测该标记附近存在一个主效QTL位点控制叶性状。共检测到控制开花期的6个位点,只有qFT-L一个位点是两个群体均共同测到的。两个群体开花期和成熟期的蔓生性QTL定位结果发现,NJRINP群体两年的开花期蔓生性分别检测到3个和4个QTL,位于D1a和G连锁群上的3个QTL(qVGH-D1a、qVGH-G-1和qVGH-G-2)两年均检测到,而两年的成熟期蔓生性各检测到2个QTL(qVGH-1和qVG-L),控制成熟期蔓生性的主效位点位于L连锁群上。随着生育期的推迟,qVGH-L的位点效应逐渐增加,而qVGH-G-2的效应却保持稳定不变,qVGH-L位点与前人定位到结习性基因Dt1的位置基本一致。两年均检测到R1期蔓生性的qVGH-D1a位点。蔓生性的上位性分析结果表明成熟期时G连锁群上的位点与L连锁群上的位点存在上位性效应。NJRI4P群体的定位结果显示无论R1期还是R8期的蔓生性均检测到qVGH-G-2位点,且只有这一个位点是两个群体共同检测到的。qVGH-G-2位点351.6kb区段内共有19个预测基因,其中G1yma18g06781、G1yma18g06830和G1yma18g06910功能未知,其余的与酶类家族或蛋白家族有关;组织表达分析结果发现G1yma1 8g06861、G1yma 18g06870在表现蔓生性的野生大豆父本PI342618B茎、叶中的表达量明显高于栽培大豆亲本南农86-4;对G1yma1 8g06861、G1yma18g06870两个基因以及功能可能与茎蔓生相关的基因G1yma18g06840、G1yma18g06850、G1yma18g06890、G1yma18g06920 测序,结果表明 G1yma18g06840、G1yma18g06870和G1yma18g06920的序列在父母本之间存在碱基序列的差异,分别有3个、3个、4个碱基存在差异,差异碱基中又分别有1个、3个、2个会引起氨基酸的变化,其中G1yma18g06870在亲本之间的序列差异最大,有74个SNP,包括ACA连续三个碱基的缺失,可引起天冬酰胺~甲硫氨酸两个氨基酸的缺失。综合基因序列、组织表达等分析结果推测Glyma18g06870为控制R1期蔓生性的重要候选基因。
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