大豆中2个编码 PR10蛋白新基因的克隆与分析

从抗大豆花叶病毒病（ SMV）大豆材料科丰1号中克隆到2个编码PR10蛋白的新基因Glyma09g05430和Glyma15g15509，Glyma09g04530和Glyma15g15590基因的ORF全长均为477 bp，编码158个氨基酸。序列比对与系统发生树分析结果表明：Glyma09g04530和Glyma15g15590是大豆中2个编码PR10蛋白的新基因。 Glyma09g04530和Glyma15g15590基因在大豆的根、茎及叶中均有表达；接种大豆SMV后，Glyma09g04530和Glyma15g15590基因在大豆科丰1号的叶片中的表达均被强烈诱导并高效表达，显示Glyma09g04530和Glyma15g15590基因与大豆SMV抗性密切相关。     

大豆叶型性状全基因组关联分析与候选基因鉴定

大豆叶片的形状和垂直分布影响群体冠层结构和光合效率并最终影响大豆的产量。植物叶片大小、形态因着生位置不同而产生差异的现象称为异形叶,虽然异形叶现象在被子植物中广泛存在,但目前关于大豆叶片发育过程中异形叶的调控的研究还很有限。本研究通过对283份大豆种质资源的叶长、叶宽、叶形指数和异形叶指数等叶型相关的性状在江苏南京进行连续2年的考察,利用全基因组关联分析检测到181个叶型性状相关位点,其中能够在2个环境或多个性状中重复检测到的位点18个。利用检测到的与叶型相关的SNP位点,结合基因的表达谱数据、拟南芥中同源基因的功能,鉴定与大豆叶片发育和异形叶形成相关的候选基因。其中在20号染色体的相关位点Chr20:36152820上游发现已知的大豆叶形调控基因Ln (Glyma.20G116200)。此外,在19号染色体的相关位点Chr19:45155943附近鉴定到2个候选基因Glyma.19G192700、Glyma.19G194100,分别被注释为Growth-regulating factor 4 (GRF4)和LITTLE ZIPPER 3 (ZPR3)基因的同源基因,为阐明大豆异形叶等...     

利用PyBSASeq算法挖掘大豆百粒重相关位点与候选基因

基于量化染色体区间上与目标性状相关多态性位点的富集程度这一原理开发的PyBSASeq算法,被证实更适合进行基于BSA-seq技术的复杂数量性状遗传解析。本研究采用该算法,以‘滑皮豆’和‘齐黄26’为亲本杂交所衍生的包含149个RILs为材料,挖掘与大豆百粒重相关位点,共获得11个与目标性状紧密关联的候选区域,分别位于1号、2号、4号、7号、9号、14号和16号染色体,其中qSW4-1、qSW9-1、qSW9-2和qSW7-1与已报道大豆百粒重QTL位置一致。候选区域共包含218个编码基因,根据基因表达特性和单倍型分析结果,最终获得2个与目标性状相关的候选基因Glyma.02G075000和Glyma.04G082500,分别参与蔗糖的运输和维生素E的生物合成。研究结果将有助于大豆百粒重遗传机制的阐释,并为基于BSA-Seq技术的数量性状研究提供参考。     

大白菜叶柄黑点症抗性相关候选基因的挖掘

大白菜叶柄黑点症是严重影响大白菜商品性的一种生理性病害。本研究以抗大白菜叶柄黑点症品系(韩春娃C8-1)和感叶柄黑点症品系(韩春娃-4-2-3-4)为亲本,构建F2群体,通过高N水平水培处理,筛选出高抗叶柄黑点症和高感叶柄黑点症的植株各20株,构建两个极端性状混池DNA文库,通过BSA-Seq技术,对大白菜叶柄黑点症抗性相关候选基因进行挖掘。对于502 662个高质量的SNP位点和173 111个高质量的In Del位点,利用ED和Index方法对这些SNP和InDel位点分别进行关联分析,取所有结果的交集,得到1个包含295个编码基因,位于第1染色体的候选区域,与叶柄黑点数性状紧密关联;对这295个基因进行进一步的功能注释,NR、Swiss-Prot、GO、KEGG和COG数据库共注释到292个基因,其中存在133个非同义突变基因,30个移码突变的基因。候选区域内编码基因的深度注释有助于功能基因的进一步分离,为大白菜叶柄黑点症抗性相关基因的精细定位及克隆提供理论依据。     

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F₂群体,利用中豆芯1号对F₂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95.8kb。对区间内包含的4个基因的9个不同组织在Phytozomev13.1和PPRDRNA-seq2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,...     

大豆结荚习性、荚色和种皮色相关野生片段分析

结荚习性、荚色和种皮色是大豆的重要形态性状,与进化密切相关。利用由151个家系组成的野生大豆(Glycinne soja Sieb et Zucc.)染色体片段代换系(CSSL)群体(SojaCSSLP1),通过不同表型CSSL组间比对,分别检测到与结荚习性、荚色和种皮色相关的1个、3个和2个野生片段(基因)。其中,5个野生片段(基因)分别与前人在栽培豆中检测到的无限结荚Dt₁、荚色L₁、荚色L₂、绿种皮G和黑种皮i基因相对应,说明野生大豆与栽培大豆间、栽培大豆与栽培大豆间在这些片段上均存在等位变异分化,是与大豆进化相关的基因/片段。另一个与荚色相关的Satt273野生片段能使大豆表现黑荚,可能是本研究的新发现,但还需进一步验证。     

大豆结荚习性、荚色和种皮色相关野生片段分析

结荚习性、荚色和种皮色是大豆的重要形态性状,与进化密切相关。利用由151个家系组成的野生大豆(Glycinne soja Sieb et Zucc.)染色体片段代换系(CSSL)群体(SojaCSSLP1),通过不同表型CSSL组间比对,分别检测到与结荚习性、荚色和种皮色相关的1个、3个和2个野生片段(基因)。其中,5个野生片段(基因)分别与前人在栽培豆中检测到的无限结荚Dt₁、荚色L₁、荚色L₂、绿种皮G和黑种皮i基因相对应,说明野生大豆与栽培大豆间、栽培大豆与栽培大豆间在这些片段上均存在等位变异分化,是与大豆进化相关的基因/片段。另一个与荚色相关的Satt273野生片段能使大豆表现黑荚,可能是本研究的新发现,但还需进一步验证。     

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Glyma08g11030基因结构及原核表达分析

为了进一步明确Glyma08g11030基因的功能,利用生物信息学和PCR的方法,对Glyma08g11030进行序列分析及蛋白结构域分析。生物信息学分析表明,该基因cDNA全长1 419 bp,开放阅读框长1 362 bp,编码453个氨基酸,蛋白质分子质量约为51.288 ku,等电点为8.14。序列分析表明,Glyma08g11030基因组包含2个外显子和1个内含子。多序列比对结果表明,Glyma08g11030蛋白含有1个F-BOX保守域。进化树分析表明,该蛋白与木豆、菜豆、花生、豇豆、红小豆具有同源关系。为了获得纯化的Glyma08g11030蛋白,将扩增片段克隆至原核表达载体pET28a,构建重组质粒pET28a-Glyma08g11030,经过SDS-PAGE电泳检测获得了目的蛋白,结果表明,该蛋白主要以包涵体形式存在。为进一步纯化和鉴定Glyma08g11030蛋白及研究其功能奠定了基础。     

大豆响应耐涝的MAPK信号通路相关基因及蛋白的鉴定分析

大豆是一种耐涝性较差的作物,涝害会引起大豆产量下降,甚至绝产,而大豆耐涝的遗传机制尚不明确。本研究通过转录组和蛋白组的关联分析,筛选出3个大豆响应耐涝的MAPK信号通路相关的差异表达基因/蛋白,转录组数据分析结果显示,Glyma.05G124000在4个时间点的表达量变化最为明显,对其进行RT-qPCR分析,验证了转录组数据的可靠性。进而对Glyma.05G124000的理化性质和保守结构域进行分析,发现组成该蛋白的氨基酸中亮氨酸(Leu)所占的比例最高,该蛋白内部含有多个LRR保守结构域,蛋白的三级结构展示了LRR保守结构域中所有Leu的位置。本研究筛选到的3个基因都参与编码FLS2蛋白,信号肽预测结果发现Glyma.05G124000含有信号肽,根据MAPK信号通路图,我们推测涝害胁迫引发了植物类似于病原菌侵染的基本防御反应,传递信号通过FLS2蛋白进一步激活了MAPK信号通路来抵御涝害胁迫。本研究为探索大豆的耐涝机制,提高涝害条件下大豆的产量提供了理论基础和基因资源。     

Mutation breeding in seed-coat colors of beans (Phaseolus vulgaris L.)

Summary Seed-coat color is an important agronomic character to determine the marketability of a dry bean variety. People in a location have a specific preference for certain colors of beans. It is known that many black bean varieties are superior in disease resistance and yielding capacity, and because of their seed-coat color, the cultivation is restricted in many bean growing areas.By treating the seeds of black bean varieties with EMS or gamma rays, it is possible to induce a range of seed-coat colors from white, yellow, to grey brown. Coupled with the screening technique described in this paper, it is practicable to isolate the seed-coat color mutants which correlate with green hypocotyl color at a very early stage of seedling development. Genetic tests showed that the induced mutants are due to single genetic locus changes from dominant to recessive. Thus, by using mutation breeding technique, homozygous lines of seed-coat color mutants can be achieved in the second selfed generation. The advantages of using the induced mutation technique for seed-coat color breeding in beans, as compared with the conventional hybridization method, are discussed.This work was supported by the U.S. Atomic Energy Commission under Contract AT (30-1)-2043. Publication No NYO-2043-214.     

Meta‐analysis and overview analysis of quantitative trait locis associated with fatty acid content in soybean for candidate gene mining

As soybean seed fatty acid content is valued in food, animal feed and some industrial applications, plant breeders continually aim to improve seed fatty acid constituent value. This study analysed 163 original quantitative trait loci (QTLs) related to soybean fatty acid content from databases and references and revealed 43 consensus QTLs. Meta‐analysis using BioMercator ver.2.1 indicated that these were located across 16 linkage groups (LGs) excluding LG D1a, LG C1, LG M and LG H. Moreover, the overview method was used to optimize these QTLs based on statistical analysis. Some valid QTL regions were narrowed down to 0.5 Mb and mapped on the same LGs as the meta‐analysis result. Furthermore, the functions of all genes located in these consensus QTL intervals were predicted and eight candidate genes were identified. KEGG pathway analysis indicated that Glyma.13G127900 and Glyma.18G232000 were involved in the fatty acid synthesis metabolic (pathway ID ko00071, ko00062, ko01040). These results lay a foundation for fine mapping of QTLs related to fatty acid content and marker‐assisted breeding in soybean.     

Genetic loci and candidate genes with pleiotropic effects for tofu and soymilk weights across multiple environments in soybean (Glycine max)

Soybean provides large amounts of protein for human, and the most popular consumption pattern is tofu and soymilk. Recently, the demand of tofu and soymilk is increased, and the breeding of special variety becomes very urgent. To illustrate the genetic basis of these traits, 269 accessions were evaluated under six environments, and 32 associated SNPs were identified on nine chromosomes across multiple environments or conferring diverse traits. Of these SNPs, 16 were demonstrated by BLUP values. Seven adjacent-SNPs were first identified to associate with tofu and soymilk weights in an 1.02-Mb region on chromosome 8, which were verified by BLUP-values. Meanwhile, four neighbouring SNPs in a 0.32-Mb region on chromosome 12 were first identified to associate with these traits across multiple environments, of which three were detected in BLUP values. Furthermore, some candidate genes, that is, α-glucan water dikinase Glyma.08G283700 and E3 SUMO-protein ligase Glyma.12G071300, were screened out with differential expressions between the high- and low-tofu/soymilk-output accessions. Thus, these associated SNPs and candidate genes provide new insight into the genetic basis of tofu and soymilk processing quality in soybean.     

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。     

黄瓜黄色子叶突变体遗传及相关AFLP标记

以黄色子叶突变体B180H为母本,颜色正常子叶黄瓜Q12为父本,配制F1、F2、BC1,并通过对6世代子叶叶色特征的观察和统计分析,研究该黄色子叶性状的遗传规律,并利用BSA法、AFLP技术筛选与黄色子叶性状基因紧密连锁的分子标记。结果表明,黄瓜黄色子叶性状是由1对核基因控制的稳定遗传的隐性性状,绿色子叶相对于黄色为完全显性。通过BSA法和AFLP分子标记,应用1 024对引物组合EcoRⅠ-NN/MseⅠ-NNN对黄色、绿色子叶亲本进行筛选,筛选到了1个与黄瓜黄色子叶性状相关的共显性标记E-AG/M-AAG。测序结果表明,片段长度分别为258 bp和257 bp,为发生插入/缺失或突变的同源序列;在黄色子叶个体中只扩增出了258 bp的特异片段,绿色子叶个体中扩增出了257 bp的特异片段或同时扩增出258 bp和257 bp两个特异片段。经组外其他F2单株验证发现,鉴定结果符合率高达96.74%,以Mapmaker 3.0软件分析,该标记与子叶黄色突变位点的连锁距离为3.2 cM。该性状可作为苗期遗传标记性状,在杂交育种和品种纯度鉴定上有极大的利用价值。     

‘心里美’萝卜皮色、肉色的遗传规律探讨

以红萝卜和‘心里美’萝卜为试验试材配制杂交组合,用比色板对萝卜皮色和肉色进行比色分级,通过P1、P2、F1、B1C1F1、B2C1F1和F26世代联合分析法,研究‘心里美’萝卜皮色和肉色的遗传规律。结果表明：2个性状的分离世代B1C1F1、B2C1F1、F2均成单峰偏态分布,说明‘心里美’萝卜皮色和肉色为主基因＋多基因控制的数量性状;2个性状的遗传均符合2对加性-显性-上位性主基因＋加性-显性-上位性多基因模型（E模型）;皮肉色F2群体主基因遗传率较高,分别为93.64%和88.19%,多基因遗传率较低,分别为2.74%和0。对‘心里美’萝卜皮色、肉色的选择在早期世代进行较为合适。     

大豆盐胁迫相关GmNAC基因的鉴定、表达及变异分析

NAC基因在植物的逆境胁迫中发挥着重要作用。本研究参照水稻和拟南芥的逆境相关NAC基因, 采用生物信息学方法鉴定了大豆逆境相关GmNAC基因, 利用荧光定量PCR技术分析了GmNAC基因在耐盐差异的大豆品种根部、叶片的表达及其对NaCl胁迫的应答, 采用反转录PCR技术克隆了表达差异显著的GmNAC基因。结果表明, 大豆GmNAC基因家族包含175个基因, 其中11个GmNAC蛋白与水稻和拟南芥的逆境相关NAC蛋白位于同一进化分支, 这些蛋白具有高度保守的NAC结构域; 这11个GmNAC基因在大豆根部的表达均高于在叶片, 而且在叶片和根部均受NaCl诱导, 部分基因在根部和叶片以及品种间表现出不同的表达规律; 在大豆品种齐黄34、徐豆10和汾豆95中, Glyma06g11970.1存在3个同义突变和1个非同义突变, Glyma06g16440.2存在1个同义突变。     

Development and characterization of chromosome segment substitution lines derived from backcross between japonica donor rice cultivar Yukihikari and japonica recipient cultivar Kirara397

Grain yield-related traits and grain quality-related traits are important for rice cultivars. The quantitative trait loci (QTLs) involved in controlling the natural variation in these traits among closely related cultivars are still unclear. The present study describes the development of a novel chromosome segment substitution line (CSSL) population derived from a cross between the temperate japonica cultivars Yukihikari and Kirara397, which are grown in Hokkaido, the northernmost limit for rice cultivation. Days to heading, culm length, panicle length, panicle number, brown grain weight per plant, thousand brown grain weight, brown grain length, brown grain width, brown grain thickness, apparent amylose content, and protein content were evaluated. Panicle length, brown grain length and amylose content differed significantly in the parental cultivars. Thirty-five significant changes in the evaluated traits were identified in the CSSLs. A total of 28 QTLs were located on chromosomes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11 and 12. These findings could be useful for breeding rice cultivars in the northernmost limit for rice cultivation.     

GBS高密度遗传连锁图谱定位甘蓝型油菜粉色花性状

甘蓝型油菜花瓣颜色是重要的观赏性状,花瓣颜色的选育和改良已成为材料创制的主要研究方向。目前对甘蓝型油菜粉色花性状定位研究未见报道。本研究以甘蓝型油菜纯系黄花62和甘蓝型油菜纯系粉花77为亲本构建双单倍体(doubled haploid,DH)群体。利用简化基因组测序技术(genotyping-by-sequencing,GBS)筛选出3253个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记,构建了全长1766.06 cM甘蓝型油菜连锁图谱,标记间平均遗传距离为0.54 cM;使用WinQTL Cartographer复合区间作图方法对粉色花性状进行数量性状座位(quantitative trait locus,QTL)定位,检测到位于A07和C03染色体上各1个QTL;将定位区间内基因与甘蓝和白菜同源基因进行线性比对,在这些区间中找到了一些存在于3个物种的同源基因;对粉色花定位区间内基因进行可变剪切分析发现,2个花色相关基因BnaA07g15980D和BnaA07g17500D在亲本粉色花瓣中发生内含子保留可变剪切。上述研究结果为甘蓝型油菜粉色花相关基因精细定位和分子连锁标记开发提供了更多线索。