不同氮磷钾处理大豆苗期主根长和侧根数的QTL定位分析

【目的】主根长和侧根数是重要的根系性状。通过不同氮磷钾处理,发掘大豆苗期主根长和侧根数的基因资源、了解其遗传机制,定位其主效QTL,分析QTL间的上位性和环境互作效应,对生产提供理论指导。【方法】用以栽培大豆晋豆23为母本、山西农家品种灰布支黑豆(ZDD02315)为父本所衍生的447个RIL作为供试群体,取亲本及447个家系各30粒种子,用灭菌纸包裹后,2015年和2016年分别放置于CK(模拟种植不施肥)、NPK(模拟大田正常配施氮磷钾肥)和1.5NPK(模拟高肥田块)3种生长环境下进行水培试验,每组试验设置3次重复,环境温度20—28℃,幼苗长到V2期,对幼苗期相关根部性状数据进行测量。分别采用Win QTLCart 2.5和QTLNETwork 2.1 2种遗传模型检测QTL,分析QTL间的上位性和环境互作效应。【结果】基于复合区间作图(CIM)共检测到24个影响主根长和侧根数的QTL,分布于第2、3、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、16、17共14条染色体中,单个QTL的贡献率介于8.52%—43.62%,QTL主要表现为加性效应。基于混合线性模型(MCIM)检测到影响主根长和侧根数的QTL各1个,2个QTL均表现出加性效应和环境互作效应。另有2对主根长和2对侧根数均检测出加性×加性上位性互作QTL,主根长和侧根数各有1对表现出主效QTL与非主效QTL加性×加性上位性互作,各有1对表现出非主效QTL与非主效QTL加性×加性上位性互作,2对主根长互作QTL分别解释了1.53%和1.95%的表型变异率,2对侧根数互作QTL分别解释了2.47%和1.13%的表型变异率。2个QTL能在2种分析方法中同时检测到,9个QTL能在3种环境下同时检测到。第6染色体在2015年NPK、1.5NPK和2016年1.5NPK 3个环境下均检测到主根长QTL,第5染色体在2015年NPK和1.5NPK、2016年CK 3个环境下、第17染色体在2015年CK和NPK、2016年NPK 3个环境下均检测到侧根数QTL。【结论】苗期大豆主根长和侧根数对氮磷钾的吸收影响较少,生产中尽可能减少氮磷钾使用量。不同浓度氮磷钾处理苗期主根长和侧根数参数间既有共同的控制基因,也有各自独特的控制基因,多数QTL不能在多个环境下重复检测到,控制其表达的遗传机制较为复杂。加性效应、加性与环境互作和加性×加性上位性互作效应在主根长和侧根数的形成和遗传中发挥着重要作用。主根长和侧根数各有1个QTL能在2种分析方法中同时检测到,Satt442-Satt296和Satt521-GMABABR是共位标记区间。

大豆α-生育酚的遗传与QTL分析

【目的】通过对大豆α-生育酚进行遗传和QTL分析,研究其遗传机制,定位其主效QTL,为高α-生育酚含量的大豆品种选育奠定遗传学基础。【方法】以栽培大豆晋豆23为母本、山西农家品种大豆灰布支黑豆(ZDD02315)为父本杂交衍生的447个RIL作为供试群体构建遗传图谱,试验群体及亲本分别于2011年、2012年和2015年夏季在河南省农业科学院原阳试验基地种植,冬季在海南省三亚南繁基地种植。田间试验采取随机区组设计,2次重复。从6个环境中每个家系选取15.00 g籽粒饱满,大小一致的大豆种子,利用高效液相色谱法定性、定量测定样品中的α-生育酚含量。采用主基因+多基因混合遗传分离分析法和WinQTLCart 2.5复合区间作图法,对大豆α-生育酚含量进行主基因+多基因混合遗传分析和QTL定位。【结果】基于主基因+多基因混合遗传分离分析法,α-生育酚受4对主基因控制,遗传基因分布在双亲中。4对主基因间加性效应值中3对为正值,表明这些基因来源于母本晋豆23;1对为负值,表明该对基因来源于父本灰布支黑豆;4对主基因之间相互作用的上位性效应表现为正值和负值的各有3对,说明不同基因间上位性效应对α-TOC的影响方向并不完全一致。环境因素引起的变异为0.13%—4.05%。表明α-TOC主要受4对主基因影响,受环境因素影响较小。采用WinQTLCart 2.5复合区间作图(CIM)共检测到17个影响α-生育酚的QTL,分布于第1、2、5、6、8、14、16、17共8条染色体中,单个QTL的贡献率8.35%—35.78%,QTL主要表现为加性效应。qα-D1a-1同时在2011年原阳、2012年原阳和三亚、2015年原阳4个环境下检测到,且均定位在第1染色体Satt320—Satt254标记区间19.79 cM处,解释的表型变异分别为12.55%、12.01%和11.89%、12.61%,加性效应值0.119-0.132,增加α-TOC含量的等位基因来自母本晋豆23;qα-A2-1同时在2011年原阳和三亚、2015年原阳3个环境下检测到,且均定位在第8染色体Sat_129—Satt377标记区间44.53 cM处,解释的表型变异分别为23.18%和22.56%、23.01%,加性效应值-0.195—-0.180,增加α-TOC含量的等位基因来自父本灰布支黑豆。qα-D1a-1和qα-A2-1 2个QTL能够稳定遗传。【结论】α-生育酚最适遗传模型符合4MG-AI,即4对具有加性上位性效应的主基因遗传模型。其遗传主要受4对主基因影响,受环境因素影响较小。检测到α-生育酚的2个稳定主效QTL,Satt320—Satt254和Sat_129—Satt377是共位标记区间。

不同营养水平水培条件下幼苗期大豆下胚轴性状QTL定位与上位互作分析

为探究不同氮磷钾水平对大豆幼苗期下胚轴性状的影响,发掘其基因资源,了解其遗传机制,本试验以栽培大豆晋豆23为母本,以山西农家品种灰布支黑豆为父本及其所衍生的447个重组自交系(RIL)为材料,设置3个处理:CK(模拟种植不施肥)、T1(模拟大田正常配施氮磷钾肥)和T2(模拟高肥田块,含量为大田常规配施氮磷钾肥的1.5倍),研究不同营养水平水培条件下幼苗期大豆QTL间的上位性和环境互作效应。结果表明,基于复合区间作图(CIM)共检测到20个影响下胚轴长和下胚轴重的QTL,分布于第2、第6、第7、第8、第9、第10、第13、第16、第20共9条染色体上,单个QTL的贡献率介于3.65%~18.13%之间。基于混合线性模型(MCIM)检测到3对下胚轴长上位互作QTL,2对下胚轴重上位互作QTL,5对QTL均发生在2个非主效QTL之间。第9和第10染色体分别在3种处理中同时检测到下胚轴长和下胚轴重QTL,表明加性效应、加性与环境互作效应和加性×加性上位性互作效应在下胚轴长和下胚轴重的形成和遗传中起重要作用。本研究为大豆幼苗期下胚轴性状的QTL定位、图位克隆和分子标记辅助选择以及为实际生产中苗期施肥时间的选择和氮磷钾高效利用提供了一定的理论参考。