大豆种质资源萌发期耐莠去津鉴定评价及优异种质筛选

室内生物测定是农作物除草剂耐受性鉴定的常用方法,已广泛应用于大豆、棉花等作物对草甘膦、氯嘧磺隆等除草剂的耐受性研究,但莠去津室内生测方法及大豆对莠去津耐受性相关研究鲜见报道。本研究以莠去津对大豆萌发期各单项指标为评价指标,分析莠去津胁迫条件下大豆发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长等性状的变化,建立大豆莠去津耐受性室内生测方法,确定3.5 mL L^(-1)是大豆萌发期莠去津耐受性筛选的适宜浓度;对159份大豆种质进行萌发期莠去津耐受性鉴定表明,各指标相对值的变异系数为发芽相对莠去津胁迫率>相对芽长>相对发芽指数>相对活力指数>相对发芽势>相对发芽率;根据T值的聚类分析,将供试种质分为4个莠去津耐性级别,共鉴定出高耐种质9份、中耐种质50份、低耐种质70份和敏感种质30份;黄豆、花色豆、垦丰13、南农99-6等9个种质为莠去津耐受性综合能力优异的种质资源。采用多元逐步回归分析法,建立大豆萌发期耐莠去津评价模型Y=–0.155+0.004X_(2)+0.001X_(3)+0.001X_(4)+0.002X_(5)(P=0.000)。本研究为培育耐莠去津育种的亲本选配、后代选择及大豆耐莠去津相关基因挖掘提供了理论依据、材料和技术支撑。

利用CRISPR/Cas9技术编辑GmBADH1基因改变大豆耐盐性

耐盐基因功能鉴定对于大豆品种改良以及盐碱地的开发利用至关重要。盐害胁迫下作物通过合成和积累甜菜碱作为渗透保护剂,减小盐害对作物产量的影响。BADH基因已在多种植物中被证实调节植物对逆境胁迫的响应,但在大豆中的调控机制尚不清晰。本研究克隆了GmBADH1基因,qRT-PCR显示该基因在根、茎、叶中均有表达,尤其在根中的表达丰度最高。通过农杆菌介导的大豆遗传转化技术将CRISPR/Cas9系统构建的表达载体转入到大豆品种JACK中,产生了3种可以调控大豆耐盐性状的靶向突变,均发生在编码区,分别为缺失19 bp、插入1 bp、插入9bp替换2 bp。前两者,过早出现的终止密码子,使其均产生截断的BADH1蛋白,后者发生移码突变。在出苗期和苗期分别对突变纯合植株进行盐处理,结果表明,出苗期耐盐性与野生型相比显著下降,苗期与野生型相比无明显差异。这说明GmBADH1基因可能主要调控出苗期的耐盐性状。本研究为深入挖掘大豆耐盐基因和培育大豆耐盐品种提供了依据。

基于783份大豆种质资源的叶柄夹角全基因组关联分析

叶柄夹角是影响植株高效受光态势的重要因素,通过调节叶柄夹角实现大豆株型改良,对大豆产量提高非常重要。大豆叶柄夹角为数量性状,目前大多数研究处于QTL定位阶段,已报道的控制叶柄夹角GmILPA1基因也是从突变体中克隆得到,因此亟须发掘更多调控基因及优异等位变异,以促进大豆叶柄夹角调控机制的解析及育种利用。本研究于2019年和2020年分别在海南、北京种植783份和690份大豆种质资源并调查叶柄夹角表型,通过分布于大豆全基因组的单核苷酸多态性(SNP)标记对叶柄夹角进行关联分析。结果表明,不同节位叶柄夹角呈现正态分布,属于典型的数量遗传特征。全基因组关联分析共统计到325个与叶柄夹角显著相关的SNP位点,在顶部节位关联到51个SNP位点,中部节位关联到230个SNP位点,底部节位关联到10个SNPs位点, 3个节位的平均值关联到34个SNP位点。显著位点LDblock进一步分析得到3个候选基因,第1个是生长素类调节蛋白相关的基因Glyma.05G059700,在茎尖分生组织中特异性表达,第2个是生长素反应因子(AFR)类蛋白相关基因Glyma.06G076900,在叶片和茎尖分生组织中高表达;第3个是COP9信号体复合物相关的基因Glyma.06G076000,在叶片、茎尖分生组织以及茎中均高表达。

大豆优异种质蛋白质和脂肪含量QTL挖掘

大豆是全球重要的豆科作物,是人们食用和饲用主要的蛋白质和油脂来源。大豆蛋白质和脂肪含量受多基因控制且易被环境等因素影响,发掘高蛋白和脂肪基因位点对于定向培育大豆新品种具有重要意义。本研究选用由高产优质品种黑农84与蛋白含量较高品系京河4号杂交构建的880个家系组成的遗传分离群体,利用中豆芯一号SNP标记和SSR分子标记技术鉴定F2群体的基因型,结合蛋白质、脂肪含量表型,通过QTL IciMapping4.2的完备区间作图法(ICIM-ADD)定位获得2个蛋白QTL和2个脂肪QTL。q Pro_11_1和qOil_11_1,位于分子标记SSR_11_1087与SSR_11_1090之间,区间大小为126.27 kb,遗传贡献率分别为4.05%和3.23%,共有注释基因5个。qPro_14_1和qOil_14_1,位于SSR_14_0421与SSR_14_0429之间,区间大小为246.09kb,遗传贡献率分别为4.67%和7.13%,共有注释基因15个。本研究定位的稳定的蛋白质含量位点和脂肪含量新位点,为大豆高蛋白和高油分子标记辅助选择育种和基因图位克隆奠定了基础。

栽培大豆×半野生大豆高密度遗传图谱构建及株高QTL定位

采用中SNP160K芯片对丰收24×通交83-611 F2群体252个植株及其亲本进行基因分型,构建了一张由5861个SNP标记组成的全长为3661.46 cM的高密度遗传连锁图谱。利用完备区间作图法(ICIM)定位到7个株高QTL,每个QTL可解释2.56%~10.41%的株高变异。qPH-6-1具有最高的表型变异贡献率和显性效应,可解释10.41%的株高变异,加性效应和显性效应分别为–1.72和18.94;qPH-18-1贡献率次之,可解释9.64%的株高变异,但具有最高的加性效应,达-12.42。在F2群体中筛选出11个qPH-6-1和qPH-18-1基因型为Q6Q6/Q18Q18的单株,平均株高167.00 cm;筛选出16个基因型为q6q6/q18q18的植株,平均株高为91.25 cm。在qPH-18-1定位区间内外增加23个SNP标记,将定位区间由766.97 kb缩小至66.03 kb,包含8个基因,结合基因注释和相对表达量差异分析,推测Glyma.18G279800和Glyma.18G280200可能与大豆的株高相关。本研究为大豆株型的改良提供了分子参考依据和遗传基础。

大豆百粒重稳定QTL qSW20-1定位及对产量和品质的影响

籽粒重量是大豆产量构成的关键因素之一,克隆主要数量性状基因座(QTL)中控制种子重量的关键基因对提高大豆产量具有重要意义。本研究以齐黄34×东生16构建的325个重组自交系(RIL)为材料,利用SLAF-seq构建了高密度遗传连锁图谱,总图距为2945.26 cM,平均图距为0.47 cM,结合3个环境百粒重表型,检测到11个与百粒重相关的QTL。其中,环境稳定的QTL为qSW20-1,可解释9.73%~18.10%的表型变异。该QTL的大粒等位基因可显著增加单株粒数和单株粒重,但对蛋白含量和脂肪含量2个品质性状无不利影响,区间大小为435.42kb,包含36个基因,通过基因注释和表达模式分析,预测5个候选基因。本研究结果为大豆增产基因挖掘和分子设计育种奠定了坚实的基础。

大豆蛋白含量主效位点qPRO-20-1的精细定位

蛋白质含量是大豆重要的品质性状,受多基因控制,定位大豆蛋白质含量相关位点并挖掘候选基因,对定向培育高蛋白含量大豆品种具有重要意义。本研究以优良品种黑农88作为母本与高蛋白优异种质P73-6B作为父本杂交,构建了一个由265个单株组成的F_(2)群体,利用中豆芯1号对F_(2)群体进行基因型鉴定并构建图谱,结合蛋白质含量表型数据,采用IciMapping 4.2软件在20号染色体上定位了一个QTL,物理距离为2.46 Mb,在区间附近筛选出11个多态性SSR标记并分析群体,将定位区间从2.46 Mb缩小至100.8 kb。增加Gm20_28349696、Gm20_30805913、Gm20_31341532和Gm20_31483719共4个SNP位点,进一步将区间缩小到95.8 kb。对区间内包含的4个基因的9个不同组织在Phytozome v13.1和PPRD RNA-seq 2个数据库中的表达量分析得到了2个候选基因,分别为Glyma.20g081800和Glyma.20g082000基因,本试验结果为大豆蛋白质含量基因克隆及蛋白质调控机制研究提供了理论基础,为大豆高蛋白分子标记育种提供材料和技术支撑。