多环境、多遗传背景下大豆凝集素(SBA)含量QTL分析

摘要

大豆作为重要的油料和饲料作物，在国民经济中占有重要地位。大豆凝集素(Soybeanagglutinin，SBA)是一类含量较高具有生物活性的蛋白质，约占大豆储藏蛋白含量的5-7％，在细胞间的识别和粘连、防御病原体入侵和共生固氮等诸多生理过程中具有重要作用。另一方面，大豆凝集素作为大豆食品和动物饲料中的主要抗营养因子，对食用者的健康和生长发育状况产生不利影响，甚至产生毒害作用，严重影响大豆制品的食用安全性。因此，大豆凝集素等几类抗营养因子的含量及活性已经成为评价豆制品和豆类饲料安全性的主要指标。大豆凝集素在加热、种子萌发或发酵过程中受到破坏或活性降低。但过度的加工处理过程必然造成其它营养成分的破坏和损失，并且增加生产成本和能源消耗。所以，在保证大豆正常生长发育基础上，尽量降低大豆种子凝集素含量已成为解决这一矛盾的最直接、有效的手段。
　　本研究立足于大豆优异种质资源的利用与创新，为食品和饲料加工企业提供可直接利用的低大豆凝集素(SBA)含量品种。以黑龙江省当地主栽高SBA含量品种合丰45(26.25 mg/g)和低SBA含量品种太平川黑豆（野生）(1.88 mg/g)、中豆27(4.22 mg/g)、东农48(7.50 mg/g)分别经有性杂交衍生的重组自交系(recombinant inbred line，RIL)群体作为试验材料。利用血凝法对三个RIL群体在三年环境条件下的SBA含量进行检测，对三个RIL群体的主要农艺性状和品质性状与SBA含量进行相关性分析，应用主基因+多基因混合遗传模型对SBA含量进行分离分析，并以SSR分子标记为基础构建了三张大豆遗传图谱，对三个RIL群体SBA含量相关QTL进行定位，确定多年多群体稳定检测到的QTL位点，用以辅助选育高产、低凝集素含量优质大豆新品种，加快育种进程。
　　主要研究结果如下:
　　(1)大豆凝集素(SBA)的血凝活力与SBA浓度之间存在高度线性相关（Y=2.4194X-239.19，R2=0.9609），通过比较未知样品和标准样品的SBA凝集活力，利用标准样品的浓度可计算出该样品中大豆凝集素(SBA)的含量。为大豆凝集素定量检测提供可靠方法。经检测该方法具有较高的精密度和准确度，且操作简单、费用低廉，适合大规模种质资源筛选和后代群体表型分析。
　　(2)大豆凝集素含量与主要农艺性状和品质性状存在显著相关性，不同RIL群体不同年份表现各异。综合三群体三年分析结果，SBA含量与蛋白质含量存在稳定的负相关关系，与单株粒数、单株粒重存在稳定的正相关关系。这些性状间的相关关系对培育低SBA含量、高蛋白质含量和高产大豆品种具有重要的指导意义。
　　(3)三个群体大豆凝集素(SBA)含量的遗传模型均符合2对主基因+多基因混合遗传模型。一点三年三个群体最佳遗传模型的主基因遗传方式和遗传效应均有差异。HT-RIL群体最佳模型分别为E-2-1、E-1-1和E-2-5，主基因遗传率分别为69.37％、58.37％和62.46％，多基因遗传率分别为24.33％、37.55％和26.63％; HD-RIL群体最佳模型分别为E-1-3、E-2-2和E-2-3，主基因遗传率分别为73.99％、55.78％和74.05％，多基因遗传率分别为19.73％、38.54％和19.80％;HZ-RIL群体最佳模型分别为E-1-3、E-1-2和E-2-6，主基因遗传率分别为54.73％、64.3％和49.27％，多基因遗传率分别为32.61％、23.64％和36.04％。主基因遗传率显著高于多基因遗传率，但多基因遗传率也较大。
　　(4)利用SSR标记分别构建了三个RIL群体的分子遗传连锁图谱。HT-RIL群体是以合丰45和太平川黑豆组合衍生的含有201个具有代表性株系的F7∶8 RIL群体为试验材料。利用134个多态性SSR标记对该群体构建了含有12个连锁群的遗传图谱，SSR标记覆盖总长为1252.9cM，平均图距9.78cM; HD-RIL群体是以合丰45和东农48组合衍生的含有189个具有代表性株系的F6∶7 RIL群体。利用129个多态性SSR标记对该群体构建了含有13个连锁群的遗传图谱，SSR标记覆盖总长为1296.5cM，平均图距10.07cM;HZ-RIL群体是以合丰45和中豆27组合衍生的含有167个具有代表性株系的F7∶8 RIL群体。利用185个多态性SSR标记对该群体构建了含有15个连锁群的遗传图谱，SSR标记覆盖总长为2054.7cM，平均图距11.25cM。
　　(5)利用三个重组自交系群体一点（哈尔滨）多年(2011-2013)对大豆凝集素(SBA)含量进行QTL分析，共定位到16个与SBA含量相关的QTL位点，分布在A1、C1、C2、D1a、D1b、K、H等7个连锁群上，其中三个群体在A1、C1和D1b三个连锁群上QTL位点具有重叠标记区间，分别为Sat300-Sat545、Satt139-Sat_042和Sat189-Sat537，紧密连锁标记分别为Satt300、Satt139和Satt189，这三个位点均来自母本，有增加SBA含量的遗传效应，其在分子标记辅助选择中具有潜在应用价值。
　　HD-RIL群体C2连锁群上的SbaHDC2-1位点与HZ-RIL群体K连锁群上的SbaHZK-1位点均来自2个群体的父本，3年均被检测到2次，且加性效应值均为负值，可解释7.56％和15.38％的表型变异，表现显著减少SBA含量遗传效应，且效应值稳定，受环境影响小，在低SBA含量分子辅助选择中更具应用价值。
　　(6)三群体三年共检测到14个与SBA含量相关的加性QTL位点，其中10个位点来源子母本合丰45，加性效应以增加SBA含量为主;4个位点来源于不同父本，加性效应以减少SBA含量为主。加性效应遗传贡献率在不同群体不同年份环境条件下差异显著，均受环境不同程度的影响。加性-环境互作效应对SBA含量的遗传贡献率并不高，变异幅度为0.15％-3.33％，SBA含量遗传效应以加性效应为主，其遗传贡献率变异幅度为2.19％-17.26％。
　　(7)在三群体三年的不同环境条件下，共发现23对SBA含量QTL上位性互作位点，其中11对亲本型上位性QTL（上调SBA含量），12对重组型上位性QTL（下调SBA含量），发生在A1、C1、D1b、D1a、K、H、C2等7个连锁群之间。其中共检测到4对稳定性上位QTL，分别为SbaHZA1-1×SbaHZD1b-1、SbaHZC1-1×SbaHZD1b-1、SbaHDD1a-1×SbaHDA1-2和SbaHTA1-1×SbaHTC1-1，互作连锁标记分别为Satt300-Satt545×Satt189-Satt157、Satt139-Sat_042×Satt189-Satt157、 Sat402-Satt198×Sat382-Satt155和Satt545-Satt300×Sat139-Sat578，互作染色体分别为A1×D1b、C1×D1b、D1a×A1和A1×C1。其中绝大多数上位性QTL存在与环境的互作效应，虽然效应值较小，但对QTL位点的遗传效应具有不同程度影响。稳定性好的上位QTL的检测为其在育种实践中进一步应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 植物凝集素(lectin)研究进展

1．2．2 大豆凝集素(SBA)研究进展

1．2．3 RIL群体数量性状遗传研究进展

1．2．4 分子标记研究进展

1．2．5 大豆遗传图谱研究进展

1．2．6 大豆数量性状位点(QTL)研究进展

1．2．7 大豆凝集素基因研究进展

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 RIL群体构建材料

2．1．2 RIL群体主要农艺性状调查和品质分析

2．1．3 SBA血凝试验

2．1．4 DNA提取

2．1．5 PCR引物合成

2．1．6 遗传图谱构建及QTL定位群体

2．2 试验方法

2．2．1 RIL群体构建方法

2．2．2 大豆凝集素(SBA)含量检测—血凝法(Heamagglutination)

2．2．3 大豆凝集素(SBA)含量主基因+多基因混合遗传模型分析

2．2．4 DNA提取方法

2．2．5 DNA丰度检测

2．2．6 SSR标记分析

2．2．7 数据记录与统计分析

2．2．8 遗传连锁图谱的构建

2．2．9 QTL定位

3 结果与分析

3．1 大豆凝集素含量检测

3．1．1 大豆凝集素(SBA)浓度与凝集活力的关系

3．1．2 大豆凝集素(SBA)含量检测体系建立

3．1．3 大豆凝集素(SBA)检测方法的准确度和精密度检验

3．1．4 HZ-RIL群体主要农艺性状与SBA含量相关性分析

3．1．5 HD-RIL群体主要农艺性状与SBA含量相关性分析

3．1．6 HT-RIL群体主要农艺性状与SBA含量相关性分析

3．2 RIL群体大豆凝集素(SBA)含量遗传分析

3．2．1 HT(合丰45×太平川黑豆)RIL群体遗传分析

3．2．2 HD(合丰45×东农48)RIL群体遗传分析

3．2．3 HZ(合丰45×中豆27)RIL群体遗传分析

3．2．4 RIL群体大豆凝集素(SBA)含量遗传模型比较

3．3 大豆凝集素(SBA)含量QTL定位分析

3．3．1 RIL群体大豆凝集素(SBA)含量分布及QTL适合性分析

3．3．2 DNA浓度检测

3．3．3 RIL群体的SSR检测

3．3．4 大豆SSR遗传图谱构建与QTL分析

4 讨论

4．1 大豆凝集素(SBA)含量检测方法的选择

4．2 大豆凝集素(SBA)含量比较

4．3 大豆RIL群体SBA含量与农艺性状间相关性的讨论

4．3．1 大豆RIL群体农艺性状间相关性的讨论

4．3．2 SBA含量与农艺性状间相关性的讨论

4．4 大豆凝集素(SBA)遗传机制研究

4．4．1 RIL群体在遗传模型分析中的应用

4．4．2 环境效应对遗传模型的影响

4．4．3 不同RIL群体SBA含量遗传模型比较

4．4．4 分离分析法与QTL定位

4．5 大豆遗传图谱构建

4．6 大豆凝集素(SBA)含量相关QTL定位

4．7 大豆凝集素(SBA)含量主效稳定QTL检测

4．8 大豆凝集素(SBA)含量相关QTL加性、上位性及与环境互作效应的探讨

5 结论

6 创新点

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文