野生大豆染色体片段代换系群体中与百粒重关联的野生片段及其候选基因

一年生野生大豆是栽培大豆的祖先,在长期驯化改良过程中,百粒重逐渐增大,阐明该变化的遗传基础,对大豆的进化研究与品种改良具有重要意义。为了解析大豆百粒重驯化的遗传基础,本研究以177份全基因组重测序的野生大豆染色体片段代换系(SojaCSSLP5)为材料,通过3个不同环境的表型评价,检测到13个与大豆百粒重相关的野生染色体片段,均具有减小大豆百粒重的加性效应,变幅为-0.49～-1.19 g,这与野生大豆具有较小百粒重相符。检测到的这些野生染色体片段分布在大豆11条染色体上,可以解释76.70%的表型变异,单个片段表型贡献率变幅为2.45%～15.14%。其中片段Gm03＿LDB＿15和Gm12＿LDB＿46的贡献率超过10%,为大豆百粒重由野生向栽培进化的大效应片段。结合双亲栽培大豆南农1138-2和野生大豆N24852的转录组数据和基因组数据,在这些区段内共预测到13个百粒重候选基因,涉及以下调控植物种子大小的途径:泛素蛋白激酶调控途径、G蛋白信号途径、裂原活化蛋白激酶途径、植物激素途径、转录调控因子途径和HAIKU途径。与前人利用栽培大豆的研究结果相比,本研究检测到13个大豆百粒重...     

栽培大豆和野生大豆的Glyma13g21630基因多样性分析

利用Sanger方法对49份野生大豆,46份地方品种和38份选育品种的Glyma13g21630基因测序,采用DNAStar、Mega、DNAsp和Tassel软件分析Glyma13g21630的单核苷酸多态性(SNP)位点在不同类型大豆群体的分布规律。结果表明,在133份供试种质中检测到多态性位点29个,包括22个SNP和7个InDel,多态性频率分别为1SNP/138 bp和1InDel/434 bp。Glyma13g21630基因序列中多态性位点的分布不均匀,其中内含子3和5为变异富集区,其他区域变异较小。单倍型分析表明,Glyma13g21630在野生大豆和栽培大豆中的多态性位点数目逐渐减少,分布范围也越来越窄;连锁不平衡分析表明,野生大豆的7个高频SNP位点中有42.86%处于极显著的连锁不平衡状态;Ka/Ks>1,说明野生大豆在向栽培大豆的进化中,某些位点受到正向选择,多态性显著降低。Glyma13g21630基因在大豆由野生向栽培驯化的过程中因正向选择作用而固定了有益变异,表现出瓶颈效应。     

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...     

大豆生物量与产量组分间的相关及关联分析

生物量与后期的籽粒产量存在紧密联系,是决定作物经济产量的主要因素之一。本研究利用自然群体中的1142 SNP在2年环境下通过全基因组关联分析检测大豆基因组中与生物量及产量组分显著关联的SNP。结果表明:(1)生物量、百粒重和单株籽粒产量在自然群体中存在广泛的表型及遗传变异,并存在极显著的正相关,其中生物量与单株籽粒产量之间的相关略高于与百粒重;(2)两年环境下共检测到41、56和29个SNP分别与生物量、百粒重和单株籽粒产量显著关联,其中仅有6、19和1个SNP在2个环境中都被检测到;(3)共检测到15个SNP同时控制2个或2个以上性状,其中位于第19染色体上的BARC-029051-06057位点被检测到同时与生物量、百粒重和单株籽粒产量3个性状显著关联,表明有共同的遗传基础,同时也解释了性状间相关的遗传原因;(4)鉴定到的多个SNP与先前我们对叶绿素荧光参数及多个环境下产量相关性状的定位结果共位。这些显著关联SNP位点的鉴定,有助于理解生物量及产量相关性状的遗传机制,从而促进利用分子标记辅助选择聚合有利基因,实现未来大豆高产育种计划。     

大豆引进种质抗胞囊线虫病、抗花叶病毒病和耐盐基因型鉴定及优异等位基因聚合种质筛选

我国从美国、俄罗斯、日本等26个国家或地区共引进大豆种质3218份, 仅对部分种质进行了大豆胞囊线虫病(Soybean cyst nematode, SCN)、大豆花叶病毒病(Soybean mosaic virus, SMV)和盐敏感性的抗性鉴定, 但基因型的系统分析尚未见报道。本研究针对大豆抗胞囊线虫病3个基因(rhg1、Rhg4、SCN3-11)和耐盐基因(GmSALT3)开发KASP标记5个, 结合与大豆花叶病毒抗性相关的1个SCAR标记(SCN11), 对1489份大豆引进种质进行基因型鉴定。结果表明, 具有优异等位基因的种质共1084份; 携带3个位点优异等位基因的种质19份, 包括抗胞囊线虫病3个位点(rhg1、Rhg4、SCN3-11)叠加(Peking型)种质3份, 聚合抗胞囊线虫病基因和抗花叶病毒病标记7份, 聚合抗胞囊线虫病和耐盐基因2份, 聚合抗胞囊线虫病、抗花叶病毒病和耐盐基因7份; 携带4个位点优异等位基因的种质9份, 包括聚合抗胞囊线虫病基因和抗花叶病毒病标记6份, 聚合抗胞囊线虫病和耐盐基因2份, 聚合抗胞囊线虫病、抗花叶病毒病和耐盐7份; 携带5个位点优异等位基因8份, 聚合了抗胞囊线虫病、抗花叶病毒病和耐盐优异等位变异。在这些携带优异等位变异的种质中, 44份已由前人证明具有相应的抗性。携带3个或3个以上优异等位基因的36份种质中, 有52.78%种质的一种或两种特性已被报道。在不携带抗性优异等位变异的种质中, 93份已证明有耐盐性或对SMV3号株系抗性, 这些种质可能存在新的抗性(等位)基因。本研究利用高通量分子标记筛选出的携带抗病、抗逆优异等位基因的种质为我国大豆资源表型鉴定、抗源的快速筛选及利用提供理论依据和新思路。     

基于全基因组关联分析挖掘野生大豆蛋白含量QTL

为了充分挖掘野生大豆种质资源中的高蛋白基因及其连锁标记,以来自中国、韩国和日本,涵盖第4,5,6,7,8熟期组的508份野生大豆种质资源为材料,通过全基因组关联分析挖掘与野生大豆中高蛋白基因相关的SNP.参试材料蛋白含量数据从美国农业部种质资源信息网下载,为2a利用凯氏定氮法测定蛋白含量数据平均值,基因型数据从Soybase网站下载,利用Illumina公司大豆50K芯片(SoySNP50K BeadChip含有52041个SNP标记)检测获得.结果表明,参试材料蛋白含量呈正态分布,介于38.1％ ～56.9％,平均48.1％,标准差2.71％.遗传结构分析将参试材料划分为3组,分别包含271,111,126份材料.基于混合线性模型的关联分析,共检测到与蛋白含量相关的SNP位点74个,散布在19条染色体的60个单倍型区段内.显著性SNP位点LOD平均值为3.47,SNP位点BARC_1.01_Gm_01_54656209_A_G的LOD值最大,为5.18.根据显著性SNP位点富集程度,确定第11号染色体常染色质区15128832～15253199 bp、第12号染色体异染色质区26842687～27818244 bp的单倍型区段为本研究中的2个蛋白含量显著性相关区段,命名为HAP_11_1和HAP_12_1.HAP_11_1中,SNP位点BARC_1.01_Gm_11_15167305_G_A的LOD值最大,为3.80,可解释遗传变异为2.88％.HAP_12_1中,SNP位点BARC_1.01_Gm_12_27563620_C_T的LOD值最大,为4.12,可解释遗传变异为3.23％.为野生大豆高蛋白基因育种利用提供了检测标记,为野生大豆高蛋白基因克隆提供了线索.     

外引蚕豆种质资源产量相关性状的遗传变异分析

为了提高外引蚕豆种质资源的利用效率,以来自四大洲 17 个国家的 253 份蚕豆种质资源为材料,通过变异系数、相关性分析、主成分分析、聚类分析,研究蚕豆种质资源表型性状的多样性水平。结果显示,12 个农艺性状在不同蚕豆种质资源间存在丰富的变异,变异系数在 9.97%~58.45% 之间,其中单株产量的变异系数最大,粒厚变异系数最小。相关性分析和灰色关联度分析表明,单株有效籽粒、单株有效荚及百粒重可作为今后选育高产蚕豆品种的指导目标性状。主成分分析结果表明,前 3 个主成分因子累计贡献率达 75.2578%,其中百粒重、籽粒表面积、粒长、粒宽、单株有效籽粒、单株有效荚、单株产量等性状是蚕豆表型变异的主要因素。基于 UPGAMA 的聚类分析将 253 份参试蚕豆资源划分为两大类,第一类群主要特征为籽粒较大,单株产量高,是培育大粒高产品种的重要材料来源;第二类群籽粒较小,百粒重较小,是选育粮饲兼用型蚕豆品种的重要材料。综合分析国外种质资源的农艺性状,为我国蚕豆种质资源创新利用及育种亲本选配提供重要参考。     

大豆Soja亚属内种子大小的遗传差异及半野生类型分类归属

Soja亚属包括野生、半野生和栽培大豆三种类型,其中半野生型变异丰富,与野生和栽培大豆形态重叠。然而半野生大豆是属于野生种内还是栽培种的变异类型还存在争议。本研究使用421份包括两组野生大豆百粒重类型、三组半野生大豆百粒重类型和小粒秣食豆类型大豆地方品种对Soja亚属内进行了SSR标记的遗传多样性差异评价和对半野生大豆的分类地位归属问题进行了分析。结果显示,小粒组野生大豆(2.5g以下)和大粒组(2.5~3.0g)有明显的分化。大粒野生大豆和小粒半野生大豆(3.01~5.0g)遗传关系密切,百粒重5.01~10.0g和超过10.0g的半野生大豆组遗传关系密切。大粒野生大豆在遗传上与半野生大豆类型密切。从小粒野生大豆到大粒半野生大豆各类型的遗传分化与它们的百粒重大小有密切关联,即使与小粒秣食豆的百粒重相重叠甚至超过小粒秣食豆的半野生大豆都与小粒栽培大豆有显著的遗传差异。我们所获得的结果清楚地表明:半野生大豆属于野生种内的变异而非栽培种内变异。百粒重大小可以当作评价野生大豆物种内的遗传分化或进化程度的主要指标之一有其遗传上的理论依据。     

鹰嘴豆种子表型性状多样性评价

以中国农业科学院作物科学研究所国家资源库提供的251份鹰嘴豆种质资源为参试材料,利用相关分析、主成分分析及聚类分析方法,对数码考种仪获得的11个鹰嘴豆种子表型性状数据进行综合分析,可深入了解鹰嘴豆种质资源种子表型性状特征及其相关性。结果显示:供试鹰嘴豆种子表型性状变异幅度较大,遗传多样性丰富,百粒重变异系数高于其余性状;直径、周长、粒长、粒宽、投影面积与百粒重的相关系数均大于0.75,达到极显著水平。对11个性状进行主成分分析,前3个主成分的贡献率分别为64.14%、22.17%、7.70%,表明3个主成分几乎包含供试鹰嘴豆材料11个种子表型相关性状的全部信息,直径、周长、粒长、粒宽、投影面积及百粒重等6个表型性状对主成分Ⅰ的贡献较大,且描述籽粒大小性状;在遗传距离9.11处,将所有参试材料分为4个类群,第Ⅳ类群6个表型性状均值均高于其他类群。为鹰嘴豆优异基因发掘、育种改良以及种质创新提供了理论依据。     

玉米籽粒颜色全基因组关联分析

籽粒颜色是玉米重要的性状之一,籽粒色素影响玉米的营养价值和商品品质,解析其遗传机制对玉米优良种质选育至关重要。本研究以244份玉米优良自交系为材料,分析其籽粒颜色的遗传变异规律,并利用覆盖玉米全基因组的913万个SNP标记,开展籽粒颜色的全基因组关联分析,以期初步解析玉米籽粒颜色的遗传学基础。结果显示,共检测到258个SNP位点与玉米籽粒颜色性状紧密关联,其中与Level、R、G、B、Gray和RGB性状显著关联的SNP位点(Sig SNP)分别有27、11、7、197、5和11个,且有6个位点/区间(meta SNP)被至少2个性状同时定位到。所有显著性SNP位点附近共定位到482个候选基因,其中37个候选基因位于meta SNP区域,控制玉米黄白粒的Y1基因和类胡萝卜素合成的DXS3基因被籽粒颜色B值定位到。本研究结果可为进一步筛选控制籽粒颜色的基因和指导籽粒颜色选择育种提供理论基础。     

中国野生大豆群体农艺加工性状与SSR关联分析和特异材料的遗传构成

选用204对SSR标记对全国野生大豆群体(174份代表性样本)的基因组扫描,采用TASSEL软件的GLM (general linear model)方法对百粒重、开花期、成熟期、干豆腐得率、干豆乳得率和耐淹性性状值关联分析,解析与性状关联位点的优异等位变异,鉴别出一批与农艺、加工性状关联的优异等位变异及携带优异等位变异的载体材料;进一步分析极值表型材料的遗传构成。结果表明: (1)累计51个位点(次)与性状关联,有些标记同时与2个或多个性状相关联,可能是性状相关的遗传基础;关联位点中累计16位点(次)与连锁分析定位的QTL一致;(2)与地方品种群体和育成品种群体的关联位点比较,发现野生群体关联位点只有少数与之相同,群体间育种性状的遗传结构有明显差异。(3)与多性状关联的位点其等位变异对不同性状的效应方向可相同可不同,如GMES5532a-A332对百粒重和耐淹性的相对死苗率都是增效效应,而GMES5532a-A344对百粒重是减效效应,对相对死苗率是增效效应;(4)极值表型材料间的遗传构成有很大差异。表型值大的材料携带较多增效效应大的位点等位变异,例如N23349的百粒重是9.08 g,含有4个增效效应较大的位点等位变异;表型值小的材料携带较多减效效应大的位点等位变异,如N23387的百粒重是0.75 g,含有4个减效效应较大的位点等位变异。关联作图得到的信息可以弥补连锁定位信息的不足,尤其是全基因组位点上复等位变异的信息为育种提供了亲本选配和后代等位条带辅助选择的依据。     

群体构成方式对大豆百粒重全基因组选择预测准确度的影响

百粒重是大豆产量的重要构成因子,在一定条件下与产量呈显著正相关。百粒重是一个复杂的数量性状,用传统的育种方法其遗传增益不明显。本研究对280份大豆品种多年多点田间鉴定,通过混合线性模型预测获得品种百粒重的最佳线性无偏预测值。同时利用分布在大豆全基因组的5361个SNP标记鉴定参试品种基因型,结合随机回归最佳线性无偏预测模型和交互验证方法,探讨了群体构成方式对大豆百粒重的全基因组选择预测准确度的影响。结果表明,大豆百粒重的全基因组选择预测准确度变化范围为–0.15~ +0.75;群体构成方式对百粒重的预测准确度影响明显;亚群内的预测准确度(0.24~0.75)高于亚群间(?0.15~ +0.29);当群体间遗传距离由0.1566增加到0.2201时,预测准确度下降27.87%;相比随机构建的训练群体,基于群体遗传结构构建的训练群体能将百粒重的预测准确度提高2.34%。本研究明确了大豆百粒重的全基因组选择预测准确度,阐明了群体结构对大豆百粒重的全基因组选择预测准确度的影响,为大豆分子育种提供了新的思路和方法。     

黑龙江省中东部地区主栽大豆品种产量指标筛选及评价

以黑龙江省中东部地区28个大豆主栽品种为试验材料,采用主成分分析、隶属函数分析和逐步回归分析方法,对该区域大豆产量进行综合评价及鉴定指标筛选。结果表明,通过主成分分析将10个产量相关单项指标转换为4个独立综合指标,性状累计贡献率为79.083%;通过隶属函数计算产量综合评价值（Y）,对参试品种进行产量综合评价,筛选出了产量较高的大豆品种合农71、合农85、绥农26、合农75、黑农61及合农76等;通过逐步回归分析法建立大豆产量评价数学模型,Y=0.122+0.736X₁+0.465X₂+0.168X₃+2.527X₄+0.326X₅+0.289X₆-0.313X₈,平均估计精度为92.16%;筛选了7个核心产量评价性状,分别为主茎节数、单株荚数、单株粒数、每荚粒数、单株粒重、百粒重及4粒荚数,该模型可作为大豆育种材料产量评价及品种产量鉴定的理论依据。     

我国大豆种皮过氧化物酶活性和根部荧光性基因表型频率分布

本研究测定我国1900份大豆栽培种(G.max)、半野生型(G.gracilis)、野生种(G.soja)的种皮过氧化物酶活性和根部荧光性基因表型频率。研究表明,这两个性状基因在我国 Soja 亚属三个种中的表型频率分布是不同的。野生种和半野生型具有较高频率的种皮过氧化物酶高活性和根部非荧光性基因,而栽培种则频率较低。各基因表型频率在栽     

Inheritance of seed weight and growth habit in 10 intercross chickpea (Cicer arietinum) nested association mapping populations

Objective of investigation

Chickpea is a major global food legume for which seed weight and plant growth habit are important yield and harvestability components for plant breeding. This study tested seed weight and plant growth habit inheritance and identified quantitative trait loci (QTL).

Experimental material

A 10 nested association mapping (NAM) populations of chickpea were created from crosses between ‘Gokce’, a cultivar and wild crop relative accessions of Cicer reticulatum and Cicer echinospermum. Families were then developed to the F2:4 generation.

Method of investigation

A 10 families were grown at the Field Experiment Station, Harran University near Şanlıurfa, Turkey during 2019.

Data collection

A 100-seed weight and prostrate or erect growth habit was scored in the field. Two families were genotyped for 60 single-nucleotide polymorphisms (SNP).

Result and conclusions

A 100-seed weight showed polygenic control, and three QTLs were found. Growth habit was controlled by one or two QTLs. The two traits were significantly correlated for five populations. The crop wild relatives of chickpea contain variations at novel loci affecting seed weight compared to the literature.     

野生和栽培大豆种质油脂组成特点及其与演化的关系

以58份不同类型(野生、半野生和栽培)大豆种质为材料,利用32对SSR标记分析大豆种质间的遗传多样性和进化关系,采用NIRS和GC方法分别分析大豆脂肪含量和脂肪酸组分含量,研究不同类型大豆种质油脂组成特点及其与演化的关系。结果显示,野生大豆和栽培大豆的油脂组成存在显著差异,栽培大豆脂肪含量(平均20.8%)显著高于野生大豆(平均10.49%),油酸含量(平均28.5%)显著高于野生大豆(平均14.37%),而亚麻酸含量却显著低于野生大豆;由相关性分析可知,大豆种子中的脂肪与油酸含量显著正相关(r=0.85^**),而与其他脂肪酸组分极显著负相关;油酸与所有其他脂肪酸组分均负相关,特别是与亚麻酸和亚油酸呈极显著负相关(r=.0.90^**和.0.89^**);油脂组成和SSR标记对不同类型大豆种质的聚类和主成分分析表明,2种分类结果基本一致,可分为栽培和野生2个亚群,半野生大豆则分布于2个亚群中。由此可见,大豆油脂组成与大豆种质的驯化程度有关,脂肪含量和亚麻酸含量可以作为大豆演化分类的参考指标。     

Evidence of a partial reproductive barrier between wild and cultivated pearl millets (Pennisetum glaucum)

Summary The occurrence of seed malformation in association with reduced thousand grain weight and germination ability has been observed in crosses between cultivated female plants and wild male plants. A survey of 16 cultivated accessions (P. glaucum subsp. glaucum) and 11 wild accessions (P. glaucum subsp. monodii) ranging over the whole species diversity showed this postzygotic incompatibility was general, but its intensity varied greatly with the cultivated female accession used and very little with the wild male parent origin. About 15% of the 123 cultivated x wild crosses observed gave normal seeds. Seed malformation has never been observed in crosses between cultivated accessions and appeared independent of genetic distances between the parents. The reciprocal crosses between wild female plants and cultivated male plants gave normal-looking seeds with good germination but consistently reduced thousand grain weight. Both seed malformation and seed small size are an expression of a genetic imbalance. These slight reproductive barriers seem to have been built during the domestication process.Abbreviation ICRISAT International Crop Research Institute for the Semi-Arid Tropics     

间作对大豆荚粒性状及种子脂肪酸组分的影响

间作大豆，五种荚粒性状的均数都小于各自的对照（单作），且差异都达到极显著水平（ｔ＝－３．６６７－＾＊＊＿４．７６＾＊＊），按下降幅度排列依次为：单株粒重－粒茎比－单株粒数－单株荚数－百粒重。除百粒重外，其余四性状相互音 高度显著正相关，（ｒ＝０．７４３＾＊＊－０．９５７＾＊＊），但偏相关分析，百粒重分别与粒数和粒茎比 ，那么对单株产量的相关也可达显著以上水平。