菜用大豆籽粒硬度相关位点关联分析与功能验证

Vegetable soybean is a specialized soybean, harvested in the R6-R7 growth stage with full seeds and still green pods.Based on the genotypic data from SSR markers, the analysis on population structure and linkage disequilibriem were conducted, and the association analysis on the phenotypic data from the seed hardness and the information of polymorphic markers was carried out using TASSEL doftware,in order to obtain the elite allelic variation loci. Furthernmore, RNA-Seq was performed. Transcriptome sequencing of high-/low- hardness mixture. Compared with the results of association analysis and transcriptome sequencing, the candidate genes revolved seed hardness will be obtained and analyzed the function in vegetable soybean.

菜用大豆，别名毛豆、枝豆等，通常是指R6-R7籽粒饱满、荚色翠绿时采青食用大豆专用型品种，是一种重要的豆类蔬菜。对菜用大豆来说，外观品质和食味品质是其两个基础的品质要素。硬度是一种重要的食味品质性状，但是目前的研究尚不充分。本研究拟在对中国菜用大豆种质资源进行准确评价和鉴定的基础上，利用SNP标记所获得的基因型数据，进行群体结构分析和连锁不平衡分析，并利用TASSEL软件对硬度性状表型值与多态性标记进行关联分析，挖掘硬度性状优异等位变异，并结合转录组测序，获得与硬度相关的候选基因，并对硬度相关基因进行功能验证，为菜用大豆分子设计育种提供材料和技术支撑。

籽粒硬度是菜用大豆重要的品质性状，影响其加工和口感特性，但目前对菜用大豆籽粒硬度的研究较少，控制菜用大豆籽粒硬度的遗传基础尚不明确。根据本项目的研究目标，取得了以下研究进展：.（1）建立了一种菜用大豆种皮强度和籽粒硬度的客观评价体系，实现对菜用大豆籽粒质地的快速精准测定； .（2）使用重组自交家系的群体进行了条件与非条件QTL分析，阐明了影响菜用大豆籽粒硬度的QTL的动态表达模式，在QTL水平上探讨了籽粒硬度与生育期性状之间的遗传关系；.（3）通过RNA-seq，在R6期籽粒硬度具有显著差异的两个品种中共检测出2201个差异表达基因；使用QTL-seq的方法快速检测出与籽粒硬度相关的18个基因组区域，分布于13条染色体上。对所有处于关联区域内的基因进行KEGG通路富集分析，可知与籽粒硬度相关联的基因主要参与植物激素信号转导、氨基酸生物合成、蛋白质加工、淀粉和糖代谢等生物学过程；.（4）使用中国大豆微核心种质群体，在多个环境中对鲜食期籽粒硬度、含水率、淀粉含量和可溶性糖含量，以及成熟期大豆籽粒硬度进行了全基因组关联分析，系统研究了与菜用大豆籽粒硬度以及相关性状的遗传信息。结合多种基因定位方法以及相关性状的定位结果，将位于5号染色体上的SNP：Q-05-0194474附近的染色体区域作为候选区域；通过加密分子标记进一步确认了候选标记附近的候选基因Glyma.05G244100；.（5）结合分子生物学手段，对候选基因进行了序列分析、表达分析以及转基因验证，认为过表达Glyma.05G244100基因可能会通过延长菜用大豆的营养生长期，使大豆籽粒积累更多的干物质，导致细胞结构更加致密，进而使籽粒硬度增加。.本项目全面超额完成研究内容和目标，共培养了9名研究生，其中6名已完成毕业答辩。发表SCI论文3篇，申请发明专利1项，审定菜用大豆新品种2个，获省部级科技进步二等奖1项。通过本项目的实施，为菜用大豆籽粒硬度的研究提供基础，研究结果将为菜用大豆硬度品质改良的分子设计育种提供材料和技术支撑。