我国西南大豆重要品质性状的全基因组关联分析及关键候选基因鉴定

Soybean germplasm is the material basis of modern soybean breeding. It is of great importance for the genetic improvement of soybean quality to study the genetic diversity characters and to mine desirable alleles of quality traits in germplasm resources in China. To dissect the genetic architecture of the important quality traits in soybean, a diverse population consisting of 300 released varieties, elite landraces and wild soybeans originated from Southwest China will be genotyped with the high-density Illumina Infinium SoySNP50K BeadChip and phenotyped in multiple environments. The genetic diversity characters of this population including population structure and relative kinship will be investigated. A genome-wide association study will be conducted for quality traits including seed protein, amino acids, oil, fatty acids and soluble sugar content using both general linear model and mixed linear model with the correction of the population structure. The goals of this project are to detect genetic loci (SNP markers) associated with soybean quality traits, to identify the candidate genes of traits in the associated loci, and to analyze the distribution of the elite alleles in the population. The results of the study would provide in-depth understanding of and valuable insights into maker-assisted selection (MAS), gene cloning and selection of parents in soybean quality improvement.

大豆种质资源是现代大豆育种的物质基础。开展大豆种质资源遗传多样性研究，挖掘种质资源中品质性状的优良等位基因，对我国大豆品质的遗传改良具有十分重要的意义。本项目拟以具有我国西南地区特色的300份大豆育成品种、优良地方品种和野生大豆资源组成的自然群体为材料，对蛋白质含量、氨基酸含量、脂肪含量、脂肪酸含量和可溶性糖含量等品质性状进行2年2点的田间表型鉴定；利用SoySNP50K芯片对关联群体进行基因型分析，研究群体的结构特征和群体内个体间的亲缘关系，明确种质资源群体的遗传多样性特征；结合表型和基因型数据，开展大豆重要品质性状的全基因组关联分析；根据关联分析结果，筛选和鉴定重要关联位点的候选基因，并分析优异等位变异在群体优系中的分布。研究结果可为大豆品质性状的分子标记辅助选择和基因克隆，以及大豆品质育种的亲本选择提供理论依据。

大豆种质资源是现代大豆育种的物质基础。开展大豆种质资源遗传多样性研究，挖掘种质资源中品质性状的优良等位基因，对我国大豆品质的遗传改良具有十分重要的意义。本项目以来源于我国西南地区的312份大豆育成品种和优良地方品种组成的自然群体为材料，对蛋白质含量、氨基酸含量、脂肪含量、脂肪酸含量和主要碳水化合物等重要品质性状开展了多年多点的田间试验，获得了6个环境下的表型数据。利用重测序方法获得关联分析群体高密度SNP标记基因型数据，对关联分析群体进行了遗传多样性指数、群体间分化指数、关联群体结构特征分布、群体内个体间的亲缘关系等分析，明确了群体的遗传结构特征。利用品质性状表型和群体基因型数据，采用混合线性模型方法定位到一批能在多个环境中被重复检测到的大豆品质性状相关位点，其中油脂含量相关位点15个，脂肪酸含量相关位点107个，蛋白质含量相关位点33个，氨基酸含量相关位点136个，主要碳水化合物和灰分含量相关位点123个。对各位点优异等位变异在群体中的分布进行分析发现，部分位点的优异等位变异只存在于云南地方品种中。对各位点最显著关联SNP标记附近进行基因搜索，共筛选到45个油脂含量候选基因，215个脂肪酸含量候选基因，73个蛋白质含量候选基因，112个氨基酸含量候选基因，以及20个主要碳水化合物候选基因。筛选关联分析群体中不饱和脂肪酸存在显著差异的两份极端材料，开展了不饱和脂肪酸的转录组分析。结合全基因组关联分析数据，筛选到多个与不饱和脂肪酸含量相关的候选基因。构建了其中4个不饱和脂肪酸候选基因的过表达载体，遗传转化拟南芥和大豆；同时构建了位于18号染色体的蛋白质含量位点5个候选基因的过表达载体，并遗传转化到大豆中，目前已获得过表达脂肪酸和蛋白质候选基因的拟南芥和大豆阳性转基因植株。本研究为大豆品质性状的分子标记辅助选择和育种亲本选择提供了理论依据，也为下一步的品质性状基因克隆奠定了基础。