江淮大豆育种种质群体SNP标记遗传多样性及农艺、品质性状全基因组关联分析

摘要

作物育种的成效很大程度上取决于优良亲本的发掘与利用。优异亲本既包括配合力高、综合性状优良的核心亲本，也包括具有个别有利基因的供体亲本，筛选与创制优异亲本是作为种质资源研究的重要内容。现代分子标记技术为解析目标性状遗传体系进而设计最优亲本组合和辅助后代选择提供了有力的工具。江淮及淮北地区是我国历史上大豆生产的重要区域，其品种类型复杂，包括春、夏播大豆，粒用、鲜食及以及药用等特殊用途类型，在性状和遗传基础上各具特点。将其通过广泛杂交重组可能获得新的优异中间材料。本研究利用江淮地区4个熟期适宜、优质、高产的核心亲本与国内外优良品种（品系）及中间材料杂交后代衍生的品系和亲本材料共573份建立江淮地区大豆育种种质群体(Yangtze-Huai soybean breeding line population，YHSBLP)，2013、2014两年对3个质量性状（花色、茸毛颜色、叶形）和8个农艺、品质性状（倒伏性、株高、主茎节数、始花期、全生育期、百粒重、蛋白质含量和油脂含量）进行表型鉴定，进一步利用基于酶切的简化基因组测序技术（RAD-seq）获得全基因组高密度61166个SNP分子标记数据，对该群体的SNP多样性和群体结构进行分析。通过软件TASSEL V3.0的混合线性模型(MLM_Q+K)进行全基因组关联分析，并对在两年稳定表达的农艺、品质性状位点发掘优异等位变异，解析优良种质中优异等位变异构成。主要结果如下:
　　1.利用RAD-seq技术在该群体获得覆盖全基因组的61166个高质量SNP标记，其中18号染色体最多（4844个），5号染色体最少（1467个）。遗传多样性指数变幅为0.10～0.50，平均为0.31。对SNP标记计算所得的遗传距离进行Neighbor-Joining聚类分析，结果分为3类。同一组合的材料多聚在一起，但也存在较大的交叉现象。基于所有SNP标记对群体内个体间亲缘关系进行估计，有54.83％的材料亲缘关系小于0.6。经PLINK V1.07筛选出3970个均匀分布于20条染色体的SNP标记，运用ADMIXTURE V1.23软件对573份材料进行群体结构分析，可将该群体分为3个亚群。利用全部61166个SNP标记，对群体经EIGENSOFT V5.0.1进行主成分分析，选取前两个主成分来判断群体结构，可将该群体分为3个亚群。利用所有SNP标记分析了群体的LD衰减距离，以r2=0.37作为阈值，衰减距离约为1100 kb。
　　2.方差分析结果表明YHSBLP群体的8个农艺、品质性状在年份间、品系间、品系×年份互作效应均存在极显著差异，表现出较大的表型变异，遗传率也较高，在72.96％以上。应用TASSEL V3.0的混合线性模型MLM_Q+K对该群体8个农艺、品质性状和3个质量性状进行全基因组关联分析。在-log10P≥3显著性水平下，共检测到与倒伏性、株高、主茎节数、始花期、全生育期、百粒重、蛋白质含量、油脂含量、花色、茸毛颜色和叶形11个性状显著关联的SNP标记2986个。花色、茸毛颜色和叶形基因定位结果与前人所报道的目的基因位置一致，表明该群体用于关联分析是可行的。两年重复检测到与8个数量性状关联的SNP标记共489个，其中倒伏性2个，株高130个，主茎节数92个，始花期58个，全生育期23个，百粒重34个，蛋白质含量71个，油脂含量79个。在P≤8.17×10-7(0.05/61166)的显著性水平下，11个性状共检测到462个极显著关联的SNP标记。根据关联SNP标记分布情况确定QTL，分别发现1个、20个、5个控制倒伏性、株高和主茎节数3个株型性状的QTL;检测到控制始花期和全生育期的QTL17个和8个;控制百粒重的QTL13个;控制蛋白质含量和油脂含量的QTL3个和8个。
　　3.分析两年重复检测到的与农艺、品质性状显著关联的SNP标记的等位变异效应，从中筛选出一批增效（减效）优异等位变异。其中株高增效等位变异12个，减效等位变异8个;主茎节数增效等位变异2个，减效等位变异3个;始花期增效等位变异11个，减效等位变异6个;全生育期增效等位变异3个，减效等位变异5个;百粒重增效等位变异3个，减效等位变异10个;油脂含量增效等位变异5个。进一步解析了各性状表型均值最大（最小）的20份材料各自的优异等位变异的分布特点，为亲本选配提供依据。
　　本研究结果表明，该育种种质群体在农艺、品质性状及SNP标记上具有较高的遗传变异，通过关联定位和优异等位变异分析揭示一批优良品种和品系的遗传构成，为进一步育种利用奠定基础。

目录

声明

摘要

缩略词及英汉对照

第一章 文献综述

1．1 大豆优异种质资源发掘、创新与利用研究概况

1．1．1 大豆种质资源保存与研究意义

1．1．2 国外大豆优异种质资源发掘、创新与利用概况

1．1．3 国内大豆优异种质资源发掘、创新与利用概况

1．1．4 我国江淮地区优异种质资源发掘、创新与利用概况

1．2 作物数量性状QTL定位主要方法与策略

1．2．1 作物连锁定位方法

1．2．2 作物关联分析方法

1．3 SNP标记开发及其在大豆遗传育种研究中的应用

1．3．1 SNP标记的简介

1．3．2 SNP标记的开发

1．3．3 以分子标记为基础的大豆分子育种研究进展

1．3．4 SNP标记在大豆中的应用

1．4 大豆重要农艺、品质性状QTL关联分析研究进展

1．5 本研究的目的与意义

第二章 材料和方法

2．1 试验材料

2．2 田间试验设计及表型调查

2．3 SNP分子标记开发与基因型分析

2．4 统计分析方法

2．4．1 群体SNP标记遗传多样性分析

2．4．2 群体结构分析

2．4．3 群体连锁不平衡分析

2．4．4 农艺、品质性状表型数据统计分析

2．4．5 全基因组关联分析

2．4．6 育种性状QTL优异等位变异筛选与种质鉴定

第三章 YHSBLP群体SNP标记遗传多样性和群体结构分析

3．1 群体SNP标记的遗传多样性分析

3．2 573份材料基于SNP标记的聚类分析

3．3 群体结构分析

3．4 群体主成分分析

3．5 基于SNP标记对材料间的亲缘关系估计

3．6 遗传关系对表型贡献分析

3．7 群体连锁不平衡分析

3．8 讨论

第四章 YHSBLP群体农艺、品质性状QTL的全基因组关联分析

4．1 农艺、品质性状的遗传变异

4．2 农艺、品质性状QTL关联定位结果汇总

4．3 质量性状基因的关联分析

4．3．1 花色

4．3．2 茸毛颜色

4．3．3 叶形

4．3．4 与前人基因克隆结果的比较

4．4 农艺性状的全基因组关联分析定位结果

4．4．1 株型性状

4．4．2 生育期性状

4．5 籽粒性状的全基因组关联分析定位结果

4．5．1 百粒重

4．5．2 蛋白质含量

4．5．3 油脂含量

4．6 讨论

第五章 育种性状QTL优异等位变异筛选与种质鉴定

5．1 农艺性状优异等位变异的筛选及优异种质鉴定

5．1．1 株高

5．1．2 主茎节数

5．1．3 始花期

5．1．4 全生育期

5．1．5 百粒重

5．2 品质性状优异等位变异的筛选及优异种质鉴定

5．2．1 油脂含量

5．3 讨论

全文结论与创新之处

参考文献

致谢