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

摘要

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QTL qVGH-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-A2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-G-1和qVGH-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荚习性基因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Glyma18g06781、Glyma18g06830和Glyma18g06910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Glyma18g06861、Glyma18g06870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Glyma18g06861、Glyma18g06870两个基因以及功能可能与茎蔓生相关的基因Glyma18g06840、Glyma18g06850、Glyma18g06890、Glyma18g06920测序，结果表明Glyma18g06840、Glyma18g06870和Glyma18g06920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Glyma18g06870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。

目录

声明

摘要

英文缩略词表

第一章 文献综述

1．1 野生大豆资源研究与利用概况

1．2 分子标记及其在大豆遗传图谱构建等研究中的应用

1．2．1 分子标记类型

1．2．2 分子标记在研究中的应用

1．3 基因／QTL精细定位策略及其在大豆上应用概况

1．3．1 QTL定位原理与方法

1．3．2 大豆QTL定位研究概况

1．3．3 大豆QTL精细定位的策略

1．3．4 大豆QTL到候选基因的分析

1．4 野生大豆驯化相关性状基因发掘研究进展

1．4．1 野生大豆驯化相关性状的基[困／QTL定位

1．4．2 大豆驯化相关性状的基因克隆与功能研究

1．5 野生大豆茎叶性状研究进展

1．5．1 大豆茎、叶的生长发育特点

1．5．2 野生大豆茎叶性状的遗传多样性研究与利用

1．5．3 大豆蔓生性研究进展

1．6 本研究的目的和意义

第二章 材料和方法

2．1 试验材料

2．2 实验方法

2．2．1 田间试验

2．2．2 大豆茎叶性状测定与表型数据分析

2．2．3 遗传图谱的构建

2．2．4 QTL定位方法

2．2．5 候选基因的预测、克隆与组织表达分析

第三章 结果与分析

3．1 NJRINP和NJRI4P群体茎叶性状表型变异特点

3．1．1 亲本间茎叶性状表现

3．1．2 NJRINP和NJRI4P群体家系的茎叶性状表现

3．1．3 蔓生性与株高、茎粗的相关性分析

3．2 大豆茎叶性状的QTL定位

3．2．1 茎叶性状的QTL定位

3．2．2 蔓生性QTL定位

3．2．3 蔓生性QTL上位性分析

3．3 大豆蔓生性候选基因预测

3．3．1 定位区段内的预测基因

3．3．2 预测基因的筛选与组织表达特点分析

3．3．3 候选基因的克隆和序列分析

3．3．4 候选基因在栽培和野生大豆中的碱基序列多样性分析

3．3．5 候选基因在不同生育时期茎叶组织中的表达分析

3．3．6 Glymal8g06870候选基因的特征分析

第四章 讨论

4．1 野生大豆茎叶相关性状的遗传多样性研究

4．2 野生大豆茎叶相关性状QTL发掘

4．3 野生大豆蔓生性的QTL定位

4．4 野生大豆蔓生性基因定位结果与候选基因分析

全文结论与创新之处

参考文献

附录

致谢