大豆主要农艺性状的分子基础研究

摘要

大豆是世界上重要的蛋白质和油料作物,富含蛋白质、脂肪和异黄酮等多种营养物质,已成为人类食物、畜牧业饲料中最重要的蛋白质和脂肪来源之一。大豆在我国的农业生产上一直占有重要的地位,但是近年来,由于种植效益低于其他作物,我国的大豆产量一直徘徊不前,已经严重的威胁到国家的粮油安全。开展大豆主要农艺性状形成的分子基础研究,将对于提升我国大豆的生产能力具有重要的指导意义。 本论文中选用五个农艺性状上具有代表性的大豆品种:Williams82、吉林35、菏豆12、中黄42以及075140,研究其主要的农艺性状形成过程的发育规律,分析了这些关键农艺性状之间的关系,利用L-系统构建了大豆的虚拟生长发育模型,并克隆和分析了大豆产量及品质相关的一些重要基因,研究结果将为培育优质高产大豆提供理论指导。主要结果如下: 一、大豆主要农艺性状形成规律的分析及生长模型的构建 (一)大豆主要农艺性状形成规律的研究 1、测定了五个大豆品种营养生长阶段及生殖生长阶段的16个农艺性状,结果表明:在营养生长阶段的株高、主茎节数、分枝数等农艺性状与大豆的结荚习性的模式密切相关,这些农艺性状的呈现为无限型>亚有限型>有限型的递减趋势;而在生殖生长阶段,这种趋势消失,说明不同结荚习性大豆品种产量性状差异的形成主要发生在营养生长阶段。 2、主要农艺性状的相关性分析表明,单株产量与株型性状呈正相关,与生育后期天数呈负相关;蛋白质含量与百粒重具有正相关性,与主茎节数、株高、单株总粒数、单株粒重呈负相关;脂肪含量与总粒数、总荚数具有显著正相关,与生育期、始花期、始荚期、百粒重、底荚高等呈显著负相关。 3、对五个品种的遗传变异系数进行分析发现,16个农艺性状中全生育期的遗传变异系数最小,底荚高的变异系数最大,说明通过育种的手段改进底荚高的可能性最大,改进全生育期的可能性最小。 4、因子分析结果显示,16个农艺性状可分成五个主因子,分别是株型因子(株高、主茎节数、分支数)、发育时期因子(生育前期、生育后期、始花期、始荚期)、荚粒因子(单株总荚数、单株总粒数和单株粒重)、生长因子(茎粗和百粒重)、品质因子(蛋白质含量与脂肪含量)。大豆的农艺性状多为数量性状,其内部的关系错综复杂,进行因子分析后将其简化为五个主因子,将有利于发掘和利于控制农艺性状的关键基因。 (二)利用L系统构建大豆的生长模型 基于实验中对株高、主茎节数以及分枝数的测量数据,利用L-系统构建了Williams82的虚拟生长模型,分别取第28、42、56、70、84天的生长参数进行分析,构建了计算机模型,为大豆的分子设计育种提供了基础。根据计算模型的初步分析证明,大豆的发育过程呈现非匀速的生长模式。 二、大豆产量性状及品质性状相关基因的研究 (一)大豆花序发育控制基因UFO同源基因的克隆及功能研究 利用Williams82的花序为材料,克隆了大豆花序发育控制基因UFO的同源基因GmUFO05g和GmUFO08g,构建了GmUFO05g和GmUFO08g基因的过量以及沉默表达载体,利用农杆菌介导法转化了拟南芥,已筛选出抗性苗,表型分析工作正在进行中。 (二)大豆脂肪酸代谢关键基因DGAT基因的分析 DGAT是植物脂肪酸合成代谢的关键基因,通过生物信息分析在大豆的数据库中鉴定了10个大豆DGAT基因,这10个基因分布在6条染色体上,并分别属于DGAT1、DGAT2、DGAT3亚家族,对这三个亚家族基因的表达研究发现,三个亚家族的表达部位各不相同,其中DGAT2亚家族的表达位置最广,DGAT3亚家族的表达位置最少。大豆DGAT家族基因在结构以及表达上的差异表明了其功能的多样性以及复杂性,这为今后大豆品种改良的研究提供重要的信息。 本文创新点: 1、选取五个大豆代表品种研究了主要农艺性状的形成规律,初步弄清了植株不同节位开花数、结荚数、蛋白质及脂肪含量的分布规律。 2、首次在大豆中克隆了UFO同源基因GmUFO05g和GmUFO08g,开展了其基因功能的研究工作。 3、利用生物信息学方法研究了大豆DGAT的序列特征及表达特性,为改良大豆品质提供了有用的信息。

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第一部分 文献综述

1 大豆主要农艺性状的研究

2、主要农艺性状相关控制基因的研究

3、L系统的发展及应用

4、研究目的

第二部分 实验论文第一章 主要农艺性状形成规律的分析及大豆生长模型的构建

1. 实验材料和方法

2. 实验结果

3、讨论

第二章大豆农艺性状相关基因的研究

1 实验材料与方法

2 结果

3 结果与讨论

参考文献

攻读硕士期间发表文章

致谢