多環(huán)境、多遺傳背景下大豆凝集素(SBA)含量QTL分析.pdf

1、大豆作為重要的油料和飼料作物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。大豆凝集素(Soybeanagglutinin，SBA)是一類(lèi)含量較高具有生物活性的蛋白質(zhì)，約占大豆儲(chǔ)藏蛋白含量的5-7％，在細(xì)胞間的識(shí)別和粘連、防御病原體入侵和共生固氮等諸多生理過(guò)程中具有重要作用。另一方面，大豆凝集素作為大豆食品和動(dòng)物飼料中的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，對(duì)食用者的健康和生長(zhǎng)發(fā)育狀況產(chǎn)生不利影響，甚至產(chǎn)生毒害作用，嚴(yán)重影響大豆制品的食用安全性。因此，大豆凝集素等幾類(lèi)抗?fàn)I養(yǎng)因子

2、的含量及活性已經(jīng)成為評(píng)價(jià)豆制品和豆類(lèi)飼料安全性的主要指標(biāo)。大豆凝集素在加熱、種子萌發(fā)或發(fā)酵過(guò)程中受到破壞或活性降低。但過(guò)度的加工處理過(guò)程必然造成其它營(yíng)養(yǎng)成分的破壞和損失，并且增加生產(chǎn)成本和能源消耗。所以，在保證大豆正常生長(zhǎng)發(fā)育基礎(chǔ)上，盡量降低大豆種子凝集素含量已成為解決這一矛盾的最直接、有效的手段。
　　本研究立足于大豆優(yōu)異種質(zhì)資源的利用與創(chuàng)新，為食品和飼料加工企業(yè)提供可直接利用的低大豆凝集素(SBA)含量品種。以黑龍江省當(dāng)?shù)刂髟?/p>

3、高SBA含量品種合豐45(26.25 mg/g)和低SBA含量品種太平川黑豆（野生）(1.88 mg/g)、中豆27(4.22 mg/g)、東農(nóng)48(7.50 mg/g)分別經(jīng)有性雜交衍生的重組自交系(recombinant inbred line，RIL)群體作為試驗(yàn)材料。利用血凝法對(duì)三個(gè)RIL群體在三年環(huán)境條件下的SBA含量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)三個(gè)RIL群體的主要農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀與SBA含量進(jìn)行相關(guān)性分析，應(yīng)用主基因+多基因混合遺傳模型對(duì)

4、SBA含量進(jìn)行分離分析，并以SSR分子標(biāo)記為基礎(chǔ)構(gòu)建了三張大豆遺傳圖譜，對(duì)三個(gè)RIL群體SBA含量相關(guān)QTL進(jìn)行定位，確定多年多群體穩(wěn)定檢測(cè)到的QTL位點(diǎn)，用以輔助選育高產(chǎn)、低凝集素含量?jī)?yōu)質(zhì)大豆新品種，加快育種進(jìn)程。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　(1)大豆凝集素(SBA)的血凝活力與SBA濃度之間存在高度線(xiàn)性相關(guān)（Y=2.4194X-239.19，R2=0.9609），通過(guò)比較未知樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的SBA凝集活力，利用標(biāo)準(zhǔn)樣品

5、的濃度可計(jì)算出該樣品中大豆凝集素(SBA)的含量。為大豆凝集素定量檢測(cè)提供可靠方法。經(jīng)檢測(cè)該方法具有較高的精密度和準(zhǔn)確度，且操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低廉，適合大規(guī)模種質(zhì)資源篩選和后代群體表型分析。
　　(2)大豆凝集素含量與主要農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀存在顯著相關(guān)性，不同RIL群體不同年份表現(xiàn)各異。綜合三群體三年分析結(jié)果，SBA含量與蛋白質(zhì)含量存在穩(wěn)定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與單株粒數(shù)、單株粒重存在穩(wěn)定的正相關(guān)關(guān)系。這些性狀間的相關(guān)關(guān)系對(duì)培育低SBA含量、

6、高蛋白質(zhì)含量和高產(chǎn)大豆品種具有重要的指導(dǎo)意義。
　　(3)三個(gè)群體大豆凝集素(SBA)含量的遺傳模型均符合2對(duì)主基因+多基因混合遺傳模型。一點(diǎn)三年三個(gè)群體最佳遺傳模型的主基因遺傳方式和遺傳效應(yīng)均有差異。HT-RIL群體最佳模型分別為E-2-1、E-1-1和E-2-5，主基因遺傳率分別為69.37％、58.37％和62.46％，多基因遺傳率分別為24.33％、37.55％和26.63％; HD-RIL群體最佳模型分別為E-1-3、E

7、-2-2和E-2-3，主基因遺傳率分別為73.99％、55.78％和74.05％，多基因遺傳率分別為19.73％、38.54％和19.80％;HZ-RIL群體最佳模型分別為E-1-3、E-1-2和E-2-6，主基因遺傳率分別為54.73％、64.3％和49.27％，多基因遺傳率分別為32.61％、23.64％和36.04％。主基因遺傳率顯著高于多基因遺傳率，但多基因遺傳率也較大。
　　(4)利用SSR標(biāo)記分別構(gòu)建了三個(gè)RIL群體的

8、分子遺傳連鎖圖譜。HT-RIL群體是以合豐45和太平川黑豆組合衍生的含有201個(gè)具有代表性株系的F7∶8 RIL群體為試驗(yàn)材料。利用134個(gè)多態(tài)性SSR標(biāo)記對(duì)該群體構(gòu)建了含有12個(gè)連鎖群的遺傳圖譜，SSR標(biāo)記覆蓋總長(zhǎng)為1252.9cM，平均圖距9.78cM; HD-RIL群體是以合豐45和東農(nóng)48組合衍生的含有189個(gè)具有代表性株系的F6∶7 RIL群體。利用129個(gè)多態(tài)性SSR標(biāo)記對(duì)該群體構(gòu)建了含有13個(gè)連鎖群的遺傳圖譜，SSR標(biāo)記覆

9、蓋總長(zhǎng)為1296.5cM，平均圖距10.07cM;HZ-RIL群體是以合豐45和中豆27組合衍生的含有167個(gè)具有代表性株系的F7∶8 RIL群體。利用185個(gè)多態(tài)性SSR標(biāo)記對(duì)該群體構(gòu)建了含有15個(gè)連鎖群的遺傳圖譜，SSR標(biāo)記覆蓋總長(zhǎng)為2054.7cM，平均圖距11.25cM。
　　(5)利用三個(gè)重組自交系群體一點(diǎn)（哈爾濱）多年(2011-2013)對(duì)大豆凝集素(SBA)含量進(jìn)行QTL分析，共定位到16個(gè)與SBA含量相關(guān)的QTL

10、位點(diǎn)，分布在A1、C1、C2、D1a、D1b、K、H等7個(gè)連鎖群上，其中三個(gè)群體在A1、C1和D1b三個(gè)連鎖群上QTL位點(diǎn)具有重疊標(biāo)記區(qū)間，分別為Sat300-Sat545、Satt139-Sat_042和Sat189-Sat537，緊密連鎖標(biāo)記分別為Satt300、Satt139和Satt189，這三個(gè)位點(diǎn)均來(lái)自母本，有增加SBA含量的遺傳效應(yīng)，其在分子標(biāo)記輔助選擇中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　HD-RIL群體C2連鎖群上的SbaH

11、DC2-1位點(diǎn)與HZ-RIL群體K連鎖群上的SbaHZK-1位點(diǎn)均來(lái)自2個(gè)群體的父本，3年均被檢測(cè)到2次，且加性效應(yīng)值均為負(fù)值，可解釋7.56％和15.38％的表型變異，表現(xiàn)顯著減少SBA含量遺傳效應(yīng)，且效應(yīng)值穩(wěn)定，受環(huán)境影響小，在低SBA含量分子輔助選擇中更具應(yīng)用價(jià)值。
　　(6)三群體三年共檢測(cè)到14個(gè)與SBA含量相關(guān)的加性QTL位點(diǎn)，其中10個(gè)位點(diǎn)來(lái)源子母本合豐45，加性效應(yīng)以增加SBA含量為主;4個(gè)位點(diǎn)來(lái)源于不同父本，加性

12、效應(yīng)以減少SBA含量為主。加性效應(yīng)遺傳貢獻(xiàn)率在不同群體不同年份環(huán)境條件下差異顯著，均受環(huán)境不同程度的影響。加性-環(huán)境互作效應(yīng)對(duì)SBA含量的遺傳貢獻(xiàn)率并不高，變異幅度為0.15％-3.33％，SBA含量遺傳效應(yīng)以加性效應(yīng)為主，其遺傳貢獻(xiàn)率變異幅度為2.19％-17.26％。
　　(7)在三群體三年的不同環(huán)境條件下，共發(fā)現(xiàn)23對(duì)SBA含量QTL上位性互作位點(diǎn)，其中11對(duì)親本型上位性QTL（上調(diào)SBA含量），12對(duì)重組型上位性QTL（下

13、調(diào)SBA含量），發(fā)生在A1、C1、D1b、D1a、K、H、C2等7個(gè)連鎖群之間。其中共檢測(cè)到4對(duì)穩(wěn)定性上位QTL，分別為SbaHZA1-1×SbaHZD1b-1、SbaHZC1-1×SbaHZD1b-1、SbaHDD1a-1×SbaHDA1-2和SbaHTA1-1×SbaHTC1-1，互作連鎖標(biāo)記分別為Satt300-Satt545×Satt189-Satt157、Satt139-Sat_042×Satt189-Satt157、 Sat