利用高通量测序快速定位目标性状位点的研究

为了快速鉴定目标性状遗传位点,开发与性状连锁的分子标记,用于剔除高世代选育株行中不利性状,从而加速育种进程。以大豆MS轮回群体中发生花色分离的F_6株行为研究材料,利用其衍生的F_(6∶7)中20个紫花和17个白花纯合家系分别构建2个DNA混池,通过高通量重测序技术获得变异信息,明确SNP富集区,并在SNP富集区内开发分子标记对目标性状进行连锁分析。结果显示,在2个DNA混池间发现329 992个SNP位点,表明混池间的遗传背景已经非常相似,但未发现明显SNP富集区,表明可能存在较多假阳性位点;进一步对高质量(Quality100)的SNP变异位点进行筛选,并去除杂合SNP位点,最终获得3 371个可信位点。其中,位于13号染色上的SNP变异有700个(占比20.77%),并在20～30 Mb的物理区间形成一个最大的SNP富集区,推测调控花色的W1位点可能位于此区间内。利用该区间内SNP信息开发出dCAPS-1、dCAPS-2分子标记,连锁分析结果显示其与W1位点紧密连锁(W1-(0.4 cM)-dCAPS-1-(2.3 cM)-dCAPS-2),表明W1位点位于SNP富集区内。综上所述,通过构建高世代株行的分离群体混池,利用高通量测序方法可以快速定位控制目标性状的遗传位点,且开发的dCAPS标记可以有效剔除不利性状,从而加速遗传育种进程。     

夏播菜用大豆品种引种及感官品质鉴定分析

为进一步发展北方菜用大豆消费市场,增加农民收益,从南京农业大学国家大豆改良中心引进了一批菜用大豆品种,于2007-2008年在邯郸农科院试验基地进行生态试种,在其能够正常成熟的基础上,筛选出鲜荚产量、感官品质俱佳且优于对照普通品种邯豆4号的有南农94-14、六丰、T5052、南农94-16四个品种以及采摘期较早的品种七星进一步试验。结果表明,鲜荚产量与单株荚数呈显著正相关,鲜荚和鲜籽粒产量与荚长呈极显著正相关,影响感官品质的负因子性状即苦涩味、硬度和豆腥味的变异系数最大,提示在今后继续从外地引种以及进一步改良和选育菜用大豆品种时对上述性状应加以重视。     

我国黄淮和南方主要大豆育成品种家族产量和品质优异等位变异在系谱中遗传的研究

以往研究育成品种间的遗传关系只能通过系谱追踪进行一般性分析, 分子标记的发掘则提供了在位点及其等位变异基础上分析育成品种间遗传关系的手段。本研究在黄淮和南方190份大豆育成品种的85个SSR标记与农艺性状关联分析基础上, 将其中163份品种按系谱祖先归为58-161、徐豆1号、齐黄1号、南农493-1、南农1138-2五个家族, 对产量和品质性状进行优异等位变异在系谱中传承情况的分析。所涉及的最佳位点, 产量9个、百粒重3个、蛋白质含量2个、脂肪含量4个, 总解释率分别为91%、36%、13%和31%。每位点考查2个最优等位变异, 家族系谱祖先具有各自的优异等位变异, 随着育种轮次的增加在后育成品种中有丢失; 在系谱祖先基础上新品种衍生过程中吸纳其他亲本, 5个家族趋向共有大部分优异等位变异, 但频率分布不同。5个家族的品种所含有产量最多优异等位变异数未达饱和, 9个位点中最高含7个优异等位变异, 平均每个品种2.23个, 产量有进一步改良潜力。供试条件下高产品种平均产量是低产的2.36倍, 平均优异等位变异数是低产的4.17倍, 高、低产品种优异等位变异构成差异明显, 但高产品种间优异等位变异构成并不相同。也有的品种高产而优异等位变异数并不多, 有的品种优异等位变异较多但产量并不高。大豆育种不断从不同亲本中累积目标性状优异等位变异, 同时有些也在丢失, 应重视保存过时品种的优异等位变异, 以备后用。     

大豆不同来源短叶柄性状的遗传和有关农艺性状表现

从吉林引入的短叶柄材料公交７６２２—４—１—４ 在南京与２ 个长叶柄亲本南农９４—５２４、洪引１ 号杂交,表现一对基因分离结果,其与南京发现的短叶柄材料ＮＪ９０Ｌ—１ＳＰ杂交,Ｆ１ 和Ｆ２ 均表现为短叶柄,表明二者有相同的遗传基础,因ＮＪ９０Ｌ—１ＳＰ受两对隐性基因控制,故推论公交７６２２—４—１—４ 可能亦受两对隐性重叠基因控制。从南农８６—４×Ｄ７６—１６０９ 组合ＢＣ２Ｆ２ 群体初步结果表明,Ｄ７６—１６０９ 短叶柄性状与豆荚伏茸毛间存在连锁现象,重组率ｒ＝ ３．０１±１．２１％ 。源于ＮＪ９０Ｌ—１ＳＰ和公交７６２２—４—１—４ 的短叶柄叶枕不正常,农艺性状较差,尚难直接利用;源于Ｄ７６—１６０９ 的短叶柄与长叶柄后代相比表现晚熟、较易倒伏,但有可能获得高产、抗倒重组类型。     

大豆芽黄新突变体vl-1的光合特性与基因定位

为发掘大豆叶色新基因资源,探讨叶绿素合成及光合作用机理,本研究以南农99-6芽黄新突变体vl-1和野生型(WT)品种南农99-6为试验材料,分析突变体与野生型形态、叶绿体结构、色素含量及光合特性,并进行遗传和基因定位研究。结果表明,突变体vl-1幼叶呈黄色,其类胡萝卜素、总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量均极显著低于野生型,叶绿体内基质片层排列疏松且减少,原片层体居多;突变体vl-1成熟叶片的叶色转绿,其光合色素含量、叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率与野生型均无显著差异,但胞间CO2浓度显著低于野生型。突变体vl-1与2个正常叶色亲本杂交衍生遗传群体叶色分离比例分析表明,芽黄受1对隐性核基因控制。利用科丰1号×突变体vl-1 F2群体将芽黄基因vl1定位于第8号染色体顶端SSR标记BARCSOYSSR_08_0037和BARCSOYSSR_08_0073之间,物理距离为628 kb,该区段未见大豆叶色基因定位的报道,共包含76个预测基因。本研究结果为揭示大豆芽黄的遗传机制奠定了理论基础。     

大豆类病变皱叶突变体NT301遗传分析和2对基因定位

通过研究类病变突变体,挖掘抗病基因,利用分子设计育种的方法快速培育优良抗病大豆新品种,可减轻化学农药对环境的污染,降低病害的抗药性。本研究以⁶⁰Coγ诱变获得的类病变皱叶突变体NT301为父本,分别与W82、KF1和KF35进行杂交,构建了F₂和F_2:3分离群体,通过SSR标记和SNP分析,将目标基因1(rl1)缩小到18号染色体937kb区间内,包含66个候选基因,将目标基因2(rl2)缩小到8号染色体130kb区间内,包含15个候选基因。接着,本研究利用基因芯片技术对近等基因系进行了基因表达谱研究,得到了差异表达基因参与的KEGG调控通路。另外对8号染色体的15个候选基因进行半定量与荧光定量RT-PCR表达分析发现,只有基因Glyma.08G332500在突变体NT301与野生型中的差异达到了4倍,推测Glyma.08G332500基因是突变体NT301的候选基因。     

大豆腺苷酸激酶基因GmADK的克隆与表达分析

腺苷酸激酶(adenylate kinase,ADK)催化ATP+AMP⇔2ADP的可逆反应,是维持细胞能量动态平衡的关键酶,在植物中参与调节生长发育和逆境应答等过程。目前有关大豆ADK的研究还未见报道。本文通过RT-PCR方法,从耐盐大豆品种南农1138-2的叶中克隆到一个腺苷酸激酶基因,命名为GmADK。GmADK的编码区序列(coding DNA sequence, CDS)长804 bp,编码267个氨基酸。预测其蛋白结构含有典型的腺苷酸激酶功能域ATP-AMP(Ap5A)结合位点和AMP结合位点。蛋白序列比对和进化树分析表明,大豆与菜豆(Phaseolus vulgaris)和蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)中的ADK序列相似性最高,亲缘关系最近。组织表达显示GmADK基因的表达量在大豆叶和根中高于茎中。荧光定量PCR分析表明GmADK的表达受盐胁迫的调节,且在耐盐(南农1138-2)和盐敏感(科丰1号)品种间存在差异。在叶和根中, 200 mmol L^–1 NaCl处理6、12和24 h后,GmADK的表达量在盐敏感品种中比未处理对照有所降低,但在耐盐品种中却比未处理对照升高,因此推测GmADK可能参与大豆对盐胁迫的响应。     

大豆分枝数和叶柄夹角的相关野生片段分析

【目的】从以栽培大豆为遗传背景的野生大豆染色体片段代换系(CSSL)群体中检测出与分枝数和叶柄夹角有关的野生片段,估计其遗传效应,为未来基因克隆和功能研究提供材料基础。【方法】利用由151个家系组成的野生大豆CSSL群体（SojaCSSLP1）,通过单标记分析、区间作图、完备复合区间作图和基于混合线性模型的复合区间作图等四种定位方法,结合与轮回亲本有显著差异的染色体片段代换系间相互比对,检测与分枝数和叶柄夹角相关的野生片段。【结果】累计共检测到3个分枝数相关的野生等位变异/片段和5个叶柄夹角相关野生等位变异/片段,其中与分枝数相关的Sat_160野生片段和与叶柄夹角相关的Sat_286野生片段能分别被所有方法检测到。在这些QTL/片段中,Sat_286位点最高能解释22%的叶柄夹角表型变异;在所有检测到的位点（片段）上,来自野生大豆的等位基因均具有正向的加性效应,这与2个亲本的表型差异相吻合。【结论】所发现的3个分枝数和5个叶柄夹角野生等位变异/片段均来自未报道的QTL/片段,体现了野生大豆的特点。     

中国大豆育成品种亲本分析

 【目的】研究中国1923～2005年育成大豆品种的系谱,分析其祖先亲本和直接亲本的来源和类型,归纳出近20年来最重要的祖先亲本和直接亲本,为今后大豆育种亲本选配提供参考。【方法】利用1923～2005年全国6个生态区育成的1 300个大豆育成品种的系谱资料研究其祖先亲本和直接亲本组成,计算其核遗传贡献值。【结果】1923～2005年1 300个大豆育成品种来源于670个终端祖先亲本,其中51.64%为地方品种、38.36%育种品系、7.01%改良品种、2.54%野生豆和0.45%类型不详,相应核遗传贡献率分别为76.29%、14.93%、7.79%、0.54%和0.45%。1 391个直接亲本由育成品种、外国品种、地方品种和育种品系4类型组成,分别占27.76%、6.10%、11.62%和54.52%。在全国1 019个杂交育成品种中,以育成品种和育种品系作为直接亲本的组配方式比例最高,达71.78%。归纳出了1986～2005年间中国941个大豆育成品种最重要的54个祖先亲本和37个直接亲本。【结论】与1923～1995的相比,近十年来中国大豆育成品种遗传基础有所拓宽,祖先亲本和直接亲本群体扩大了近一倍,地理来源更广泛。但遗传贡献有向少数祖先亲本集中的趋势,各生态区间的种质交流仍少。中国大豆品种遗传基础有待进一步拓宽。     

中国大豆栽培和野生资源脂肪性状的变异特点研究

【目的】分析中国大豆栽培和野生种质资源脂肪及脂肪酸组分含量（本文简称脂肪性状）的变异特点,筛选优异种质,为不同生态区域大豆脂肪性状育种提供材料和依据。【方法】从中国全国各大豆生态区抽取代表性的栽培和野生材料进行田间试验,测定脂肪性状,进行各性状变异特点分析,并应用多元变异指数、聚类和主成分法分析中国和各生态区大豆脂肪性状的综合变异。【结果】（1）中国栽培大豆脂肪平均含量为17.21%,比野生种提高6.22%;油酸平均含量为23.25%,提高7.75%;亚麻酸平均含量为8.00%,减低4.23%;亚油酸平均含量为53.53%,减低2.57%;但栽培种的变异小于野生种;不同生态区均有此同一趋势。栽培大豆和野生大豆的饱和脂肪酸含量在全国和各区差异均不大。（2）中国野生群体及各生态区群体脂肪性状的多元变异度均大于相应的栽培种,长期人工选择使栽培种的变异相对减小,但多元变异方向相对较宽。（3）栽培种脂肪含量与来源地纬度呈极显著正相关,而野生种未见相关,推论栽培种脂肪含量与纬度的相关主要应是人工选择的结果。（4）筛选得到高脂肪、高油酸、高亚油酸、低亚麻酸的优良材料,其中N23547和N23697为兼具高脂肪（＞23%）、高油酸（＞30%）、低亚麻酸含量（5%左右）的优异资源。【结论】栽培大豆脂肪、油酸平均含量显著高于野生种,亚麻酸平均含量显著低于野生种,亚油酸平均含量略低于野生种,饱和脂肪酸平均含量与野生种差异不大。脂肪性状在各个生态区域内均存在丰富的变异,区域间的变异并不比区域内大。栽培种脂肪含量与纬度的相关主要是人工选择的结果。筛选出一批优异种质。