大豆株型与产量相关性状QTL定位及候选基因预测

为探究与大豆株型和产量相关QTL位点及候选基因,对以东农42(♀)和东农50(♂)为亲本,与168个家系构建的F_(2:12)、F_(2:13)重组自交系(Recombination inbred lines,RILs)群体的株高、分枝数、四粒荚数、百粒重性状测定表型数据,运用IBM SPSS Statistics、R语言进行统计和相关性分析,并利用完备区间作图法(Inclusive composite interval mapping,ICIM)进行加性效应及上位效应分析,共计定位到43个QTL位点,贡献率超过10%的主效位点为14个,包括株高3个、分枝数8个、四粒荚数1个和百粒重2个;其中11个位点与前人已报道位点重合,分别位于4、6、8、16和19号染色体上;qBN-6-2(13.21%)、qBN-6-5(19.96%)和qBN-6-6(13.69%)为3个环境重复定位到的位点,qHSW-19-1与多个已报道位点均有重合。通过上位性分析,获得株高、分枝数、四粒荚数和百粒重位点分别为3、6、6和62对。根据所定位到的物理区间和定量预测,筛选到Glyma.04G238800、Glyma.03G181600、Glyma.08G271900、Glyma.18G278800和Glyma.19G187000等5个与株高、分枝数、四粒荚数和百粒重性状相关的候选基因,为分子辅助育种奠定基础。

聚苯乙烯纳米塑料(PS-NPs)对大豆生理指标及基因表达的影响

纳米塑料是一种新兴污染物,其对农作物的影响越来越受到关注。为探究大豆对聚苯乙烯纳米塑料(polystyrene nanoplastics,PS-NPs)在生理和基因表达水平上的响应,本试验采用水培方式,测定50 mg/L 100 nm的PS-NPs暴露处理10 d后大豆幼苗的表型及生理指标,并对大豆幼苗根系进行转录组测序分析。结果表明,PS-NPs暴露处理后,大豆幼苗生长受抑制,根系形态发生显著变化,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性均一定程度增加,丙二醛(MDA)含量显著增加,可溶性糖含量减少。转录组分析表明,PS-NPs暴露处理共产生2112个差异基因,GO和KEGG分析显示其主要富集到与氧化还原反应、对乙烯和脱落酸的响应、氨基酸代谢和其他次生代谢物的合成相关的通路,注释到有250个转录因子发生差异表达,主要为ERF、WRKY、NAC、bHLH和MYB转录因子家族。本试验为进一步深入探究纳米塑料对大豆等农作物产生的影响及其分子机制奠定基础。

东北三省大豆蛋白质、油分含量的地点、年份效应分析

选用 5个品质性状有差异的东北春大豆品种在东北地区 11个试验点种植 ,进行大豆品质生态研究 ,所得结果如下 :东北三省大豆蛋白质含量、油分含量、蛋白质油分总含量均存在年份、地点、品种、年份×地点、年份×品种、品种×地点、年份×品种×地点互作效应。对于蛋白质含量、油分含量来说品种效应最大 ,所以在东北三省范围内提高蛋白质含量、油分含量以品种改良为最理想途径。从各项互作效应检测的变异系数大小来看 ,均表现油分含量变异系数 >蛋白质含量变异系数>蛋白质油分总含量变异系数。即油分含量对环境影响最敏感 ,其次为蛋白质含量 ,最后是蛋白质油分总含量。由于各项互作效应的存在 ,使得东北三省范围内大豆品质表现更为复杂。在进行大豆优质生产时应对品种、地点、地区的气候条件年际间变化特点等综合考虑。

东北大豆脂肪、蛋白质含量的生态效应

采用 5个在各地都能够正常成熟的品质有差异的品种在东北三省有代表性的 11个地点种植 ,分析了解各地点脂肪、蛋白质含量的生态效应。结果表明 ,蛋白质含量、脂肪含量和蛋白脂肪总含量在品种间、地点环境间均存在极显著差异 ,而且存在品种×地点交互作用。三个品质特性均以品种效应的相对变异最大 ,品种×地点交互作用的相对变异次之 ,地点效应的相对变异最小。各生态地点的品质主效应和品种×地点交互作用有较大差异。

东北三省大豆蛋白质和油分含量生态区划

大豆品质区划是优化大豆种植环境和优质品种布局的重要依据,对于大豆优质生产具有重要指导意义。本研究根据5个大豆品种在东北三省11个地点种植的蛋白质与油分含量和年推广面积在3333 hm2以上的97份大豆品种的品质指标,依据大豆品质的地点效应和品种效应的加权平均数对东北三省进行了品质区划。结果表明,大豆蛋白质含量和油分含量的年份效应、地点效应、地点×年份互作效应、基因型效应、基因型×地点互作、基因型×年份互作效应、基因型×地点×年份互作效应均达到极显著水平。依据大豆蛋白质含量和油分含量的地点效应和品种效应的加权平均数的聚类分析结果,同时考虑各地自然条件,兼顾行政区的完整性,将东北三省划分为五个大区,即北部高油大豆产区(Ⅰ-1区)、中西北部蛋白质和油分含量平衡区(Ⅱ-1区)、中部高油大豆产区(Ⅰ-2区)、中南部蛋白质和油分含量平衡区(Ⅱ-2区)、南部高蛋白大豆产区(Ⅲ区)。

东北大豆与北美大豆维生素E含量的分析

采用超声波法从大豆籽粒中萃取维生素E,以DIKMA公司生产的反相柱作为固定相,以甲醇作为流动相,流速为1.5 mL.min-1,并采用荧光检测器(Ex=295 nm,Em=330 nm)的高效液相色谱技术,测定了我国东北与北美大豆品种(系)中的α-、γ-、δ-生育酚和维生素E(VE)总含量,并进行比较及聚类分析。结果表明:供试144份大豆材料基于α-、γ-、δ-生育酚和维生素E总含量均可聚成高、中、低3类,我国东北大豆维生素E含量明显高于北美大豆,是丰富的大豆维生素E资源,为大豆高维生素E育种提供参考。

东北地区几个大豆品种的蛋白质、脂肪含量的差异

根据东北三省大豆品种区域试验 11个试点 5个参试品种的蛋白质和脂肪含量的测定结果 ,研究了各品种 (基因型 )、地点、品种×地点互作效应相对变异。结果表明 ,蛋白质含量、脂肪含量和蛋白脂肪总含量在品种间、地点间均存在极显著差异 ,而且存在品种×地点交互作用。三个品质性状均以品种效应的相对变异最大 ,品种×地点交互作用的相对变异次之 ,地点效应的相对变异最小。各品质性状的品种主效应和品种×地点交互作用有较大差异。

东北地区5个大豆品种球蛋白含量的分析及利用

利用线性梯度SDS -PAGE方法分析东北地区 (黑龙江省、吉林省和辽宁省 ) 11个地点的 5个大豆品种的 7S和 11S球蛋白含量。结果分析表明 :7S和 11S含量呈显著负相关关系。同一品种 7S球蛋白和 11S球蛋白含量在不同地区差异较大 ;7S和 11S球蛋白含量在品种间和地点间差异显著或极显著 ,地点和品种间互作则不显著 ;利用 11S/ 7S值可以评价大豆蛋白质营养品质的优劣。 5个大豆品种中九农 7714和东农 4 2品质较佳。

不同省份大豆新品种(系)对东北大豆强弱花叶病毒株系的抗性鉴定

利用网室内人工接种法对103份不同省份大豆新品种(系)进行了弱毒株系SMV1和强毒株系SMV3的抗性鉴定。结果表明,抗SMV1株系的大豆新品种(系)有95份,占参试材料的92.2%,抗SMV3株系的品种(系)有53份,占参试材料的51.5%;兼抗SMV1和SMV3的有51份,占参试材料的49.5%,其中高抗SMV1和SMV3的有33份,占参试材料的32.0%,这部分材料在大豆实际生产中应充分加以利用。

东北三省大豆种质资源对大豆疫霉根腐病的抗性表现

以大豆疫霉根腐病病原菌 1、2 5号生理小种 ,对黑龙江、吉林、辽宁省的大豆品种 (系 ) 95 6份进行了抗源筛选 ,筛选出了 2 3个品种 (系 )兼抗 2 5号和 1号生理小种 ,占供试材料的 2 .5 4 %。筛选出抗 2 5号生理小种的品种 (系 ) 6 8份 ,占 7.4 8% ,抗 1号生理小种的品种 (系 ) 2 5 1份 ,占 2 7.77%。

基于主茎力学特性的大豆种质资源抗倒伏性分析

为从力学角度分析栽培年份、种植密度及主要化学成分指标对大豆种质资源抗倒伏性的影响,为基于主茎力学特性进行大豆抗倒伏的资源鉴定和新品种选育提供理论依据,本研究于2020和2021年在田间种植190份大豆资源,在成熟期测量株高、直径、折断力3种主茎表型性状及木质素、纤维素含量两种化学成份指标,对不同种植年份不同大豆资源的主茎表型性状进行方差分析,对各大豆资源3种主茎表型性状进行相关性分析。同时,在2020年筛选抗倒伏特性差异明显的20份大豆材料,于2021年进行盆栽种植,设置两个种植密度处理(20万和30万株·hm^(-2)),在成熟期测定主茎表型性状和化学成份指标,并计算弹性模量和抗倒伏系数,分析种植密度及主茎力学相关指标与大豆抗倒伏性的关系。结果表明:年份与折断力互作、品种(系)与折断力互作显著。年际间环境条件差异对折断力有较大影响,折断力大的品种(系)抗倒伏系数也高。主茎折断力与直径呈正相关,而直径与株高之间无明显规律。大豆抗倒伏系数与折断力、弹性模量呈极显著正相关,相关系数分别为0.90和0.42。两个种植密度下折断力较大的品种(系)植株抗倒伏系数和弹性模量均大于折断力较低的品种(系)。抗倒伏系数与茎秆木质素含量和纤维素含量呈极显著正相关,相关系数分别为0.68和0.72。综上表明大豆植株抗倒伏特性与主茎力学特性指标间关系密切,可以利用主茎折断力对大豆资源抗倒伏特性强弱进行区分,木质素和纤维素含量高的大豆资源抗倒伏能力强。综合考虑具体栽培条件可进一步提高大豆资源抗倒伏性分析结果的准确性。

大豆种质耐碱性状全基因组关联分析

以255份大豆种质为试验材料,利用混合碱模拟大庆市苏打盐碱地碱胁迫环境,在大豆种质芽期和苗期分别调查耐碱相关性状,结合BLINK和FarmCPU两种方法进行全基因组关联分析。结果表明,共检测到64个关联SNP位点,其中3:37513903、3:37490361、9:37033917等7个SNP位点相对稳定,可靠性较高;筛选到26个功能注释基因,根据功能注释和基因表达量,推测3个基因与耐碱相关,分别为Glyma.03G160200、Glyma.09G149900和Glyma.19G067400。

2022年大豆抗病性、产量和品质相关性状分子标记研究进展

分子标记的应用对解析作物性状的分子遗传基础至关重要。当下,单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)是研究作物性状相关位点的重要分子标记,可通过连锁分析和关联分析应用于大豆育种工作。相较传统杂交选育手段,分子标记辅助育种(Marker-Assisted Selection,MAS)以杂交育种为基础,凭借分子标记与目标性状基因紧密连锁的特点,通过检测分子标记即可高效快速检测目的基因的筛选策略,成为备受关注的育种方式。随着大豆各组学学科的兴起,基因组学研究与其他组学之间的联合分析使分子标记的应用范围得到进一步延伸,成为大豆现代育种工作中的关键部分,使所筛选的遗传位点被有效利用。此外,随着生物技术的不断更新,以往被忽略的microRNA(non-coding single stranded RNA,miRNA)和长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)重新进入育种家的视野,使其与分子标记相关联的目的性状基因组区域能够被更好识别。为了详细梳理分子标记在大豆育种中的应用范围,本综述汇总2022年大豆多种抗病性、产量和品质相关性状分子标记的研究进展,旨在为大豆分子标记辅助育种工作提供参考。

多环境下大豆子粒大小性状的全基因组关联分析

为探究多环境下大豆子粒大小性状的分子遗传基础,挖掘与子粒大小性状相关的SNP位点和候选基因,利用150份大豆种质资源在2019年和2020年6个环境条件下对大豆子粒粒长、粒宽、粒厚和百粒重性状进行表型测定,并进行全基因组关联分析。结果表明:在CMLM(压缩混合线性)模型下,在6个环境条件下检测到896个与子粒大小性状显著关联的SNP位点,分布于20条染色体。不同性状检测到72个重叠的SNP位点。检测到39个稳定遗传的SNP位点,贡献率为10.68%~24.93%。通过稳定性与重叠性分析,获得35个稳定表达的SNP位点,贡献率为10.92%~23.16%。在粒宽、粒厚及百粒重性状中同时检测到显著关联的SNP位点最多,位点rs16533609的贡献率最高(16.51%)。根据稳定表达的SNP筛选候选基因,推测Glyma.03G006600、Glyma.04G077100、Glyma.08G203600、Glyma.12G195400、Glyma.17G039800、Glyma.18G202100和Glyma.20G215700等7个基因对大豆子粒大小性状有调控作用。

大豆生长节间响应温度和外源GA诱导的赤霉素途径关键基因分析

为了解大豆节间在不同温度和外源赤霉素(gibberellic acid,GA)诱导条件下的表型变化规律,分析GA合成重要途径和挖掘调控节间的关键候选基因,本研究将大豆品种Charleston在培养箱条件和室外盆栽条件种植,进行不同温度处理和外源GA涂抹处理,利用徒手切片配合显微照相方法,分析大豆节间长度和细胞形态变化;利用液相色谱-质谱联机结合转录组测序方法分析大豆节间GA合成主要通路并挖掘调控节间生长的关键候选基因。结果表明在25℃和30℃条件下,外源涂抹不同浓度GA可以诱导大豆生长节间伸长,随着伸长量的增加,大豆节间都变得纤细。外源GA对细胞作用效果主要为促进伸长,对宽度影响不明显。高温处理对节间的伸长效果高于低温处理。本研究鉴定到GA2氧化酶基因在大豆生长节间表达和较高含量的GA19和GA53,及这2种GA下游的GA20(活性GA前体),以及这条合成途径的活性GA产物GA3也被检测到都存在于细胞伸长区组织,说明从GA前体物质到GA53,再到GA19,通过GA20最终合成GA3是大豆节间生长的一条重要GA合成通路,进一步说明GA2氧化酶在大豆节间生长过程中有重要作用。挖掘到某些DELLA、GA和PIF基因家族成员具有组织表达特异性,为调节大豆节间和株高提供了候选基因。

大豆胞囊线虫3号生理小种抗性相关TIFY基因生物信息学分析

TIFY转录因子参与调节植物的生长和发育,同时参与植物应激反应,在植物生长中具有重要调控功能。为探索TIFY基因家族成员在大豆胞囊线虫病(Soybean Cyst Nematode,SCN)3号生理小种抗性反应中的作用,选择抗病品种东农L-10和感病品种黑农37进行SCN 3号生理小种胁迫处理,在转录组测序数据中分析筛选到多个与抗性相关的TIFY转录因子,并对其进行生物信息学预测和分析。结果表明:从转录组数据中鉴定和筛选到23个与SCN 3号生理小种相关的差异表达TIFY转录因子,其中18个转录因子上调表达,5个转录因子下调表达,TIFY基因在大豆的根、茎、叶均存在一定表达量,在相同的大豆胞囊线虫胁迫下,抗病品种中TIFY表达量要高于感病品种。不同TIFY转录因子之间的理化性质存在较大差异。23个转录因子均属于亲水性蛋白,多数为酸性等电点。亚细胞定位预测结果显示,TIFY转录因子发挥重要作用的位置依次为细胞核、细胞质、线粒体。蛋白质二级结构中氨基酸序列以无规则卷曲为主要组成,α-螺旋次之,β-折叠和β-转角则散布于蛋白质序列中。基因分布在大豆的10条染色体上,磷酸化位点丝氨酸偏多,启动子中存在很多响应激素应答和胁迫相关的顺式作用元件,说明TIFY基因所编码的蛋白中部分为响应胁迫的蛋白。研究结果说明筛选到的23个与SCN 3号生理小种相关的TIFY转录因子可为进一步了解大豆TIFY基因的功能提供重要参考。

大豆胞囊线虫响应GRAS基因家族鉴定及生物信息学分析

为了研究GRAS转录因子在大豆胞囊线虫(SCN)胁迫应答中起到重要的作用,将抗病品种东农L-10和感病品种黑农37分别接种SCN 3号生理小种。品红染色确定接虫成功后,提取植株根部进行转录组测序分析。整理共得到20个与SCN相关的候选基因。对编码蛋白的二、三级结构、磷酸化位点、亲水性和疏水性、启动子信息、基因进化关系等进行生物信息学分析研究。取植株的不同组织部位,根、茎、叶提取mRNA并反转录cDNA,对重点的候选基因进行RT-PCR。结果显示:该家族基因与MYB和MYC转录因子存在密切的关系。基因编码蛋白主要以α-螺旋、无规则卷曲为主,二级结构和三级结构高度一致;蛋白为可溶性蛋白,磷酸化位点以丝氨酸为主,RT-PCR表明在植物的不同组织部位均存在一定的表达量,主要以根部为主,在相同的大豆胞囊线虫胁迫下,抗病品种中GRAS表达量显著高于感病品种。上述结果表明,GRAS转录因子为SCN相关的抗性基因,为抗病胁迫响应应答反应提供了重要的基因来源。

应用Charleston×东农594重组自交系群体构建SSR大豆遗传图谱

以美国半矮杆大豆品种Charleston为母本,东北农业大学高蛋白大豆品系东农594为父本及其F2:10代重组自交系的154个株系为试验材料,利用164个在亲本之间表现多态的SSR引物对群体进行了分析,构建了一张大豆遗传图谱。该大豆遗传图谱总长度1913.5cM,标记间平均距离为11.89cM。每个连锁群长度变动在0.4～309.5cM之间,连锁群上的标记数在2～28个之间。各连锁群上的SSR标记并不是均匀分布的,其中A1、C2、D1a三个连锁群存在标记密集区。与国内外已构建完成的5张大豆遗传图谱比较表明,该图谱与国外的大豆公共遗传图谱对应性较好。

施用大、中、微量元素对大豆品质及其它性状的影响

试验以 3种大量元素 (N、P、K)、3种中量元素 (Ca、Mg、S)及 6种微量元素 (B、Mo、Zn、Fe、Na、Cl)及其组合对高蛋白大豆品种东农 4 2和高脂肪大豆品种东农 16 3的蛋白质和脂肪含量进行了研究。结果表明 ,施S可增加高蛋白大豆品种蛋白质含量 1.34个百分点 ,增加高脂肪品种的蛋白质含量 1.4 4个百分点 ;施Zn可增加高蛋白大豆品种蛋白质含量 1.0 7个百分点 ,B、Mo、Zn同时施用可增加高脂肪品种大豆的蛋白质含量 2 .19个百分点。Na、Cl、Fe的施用似乎对大豆蛋白质含量均具有正向作用。以Na元素的作用最大 ,二个供试品种分别增加 2 .0 8和 1.85个百分点 ;Fe分别增加 1.11和 1.4 3个百分点 ;Cl分别增加 1.2 6和 1.6 5个百分点。N、P、K对大豆脂肪含量具有显著影响 ,在高脂肪品种中 ,K单独处理在 1%的水平上显著高于对照 ,增加脂肪含量 1.5 7个百分点 ,P -K配合施用增加 1.2个百分点 ,N -K配合施用增加 1.5 2个百分点 ,N -P配合施用增加 1.11个百分点。适量的施用Ca、Mo具有增加大豆中脂肪含量的趋势。肥料的施用具有降低株高 ,增加收获重、荚数、粒数的作用。特别是N -K配合施用对大豆的株高、收获重及产量的影响效果显著。

大豆主要农艺性状的QTL分析

【目的】大豆的多数农艺性状均为重要的数量性状。对大豆的数量性状进行基因定具有重要的研究和应用价值。【方法】以美国半矮秆大豆品种Charleston为母本,东北农业大学高蛋白大豆品系东农594为父本及其F2:10代重组自交系的154个株系为实验材料。164个SSR引物经亲本筛选后用于群体扩增,并构建遗传图谱。对亲本间表现多态的12个农艺性状进行了调查及QTL分析。【结果】农艺性状包括品质性状(蛋白质含量、油分含量、蛋脂总量等);产量性状(单株荚数、单株粒重、百粒重等)和其它农艺性状(株高、生育期、分枝数、主茎节数、平均叶长、平均叶宽等)。结果表明,12个农艺性状共检出68个QTLs。每个性状的QTLs检出个数从平均叶宽的3个到百粒重、株高等的8个,平均每个性状检测出5.8个。与国内外对应农艺性状QTL检测结果相比,多个性状的QTL位点均一致,说明QTL检测准确率较高,可以进一步用于分子辅助育种。【结论】获得了大豆12个重要农艺性状的68个主效QTLs。