大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析

利用85个SSR标记,对大豆育成品种群体(190份代表性材料)的基因组进行扫描,在检测群体结构基础上搜索连锁不平衡位点,并采用TASSEL软件的GLM方法对11个大豆农艺性状QTL进行关联分析。结果表明：(1) 在公共图谱上共线性或非共线性的SSR位点组合均广泛存在连锁不平衡(LD),但不平衡程度D′>0.5的组合数只占总位点组合的1.71%,共线位点D′值随遗传距离衰减较快;(2) SSR数据遗传结构分析表明,育成品种群体由7个亚群体组成,矫正后全群体共有45个位点累计136个位点(次)与11个大豆农艺性状QTL关联,其中22个位点(次)与家系连锁定位的QTL区间相重,有43个位点(次) 2年重复出现;(3) 一些标记同时与2个或多个性状关联,可能是性状相关或一因多效的遗传基础;(4) 育成品种群体关联位点与地方品种群体和野生群体只有少数相同,群体间育种性状的遗传结构有相当大差异;(5) 发掘出农艺性状优异等位变异及其载体品种,包括增效最大的产量等位变异Satt347-300 (+932 kg hm^-2,中豆26),生物量等位变异Satt365-294(+3 123 kg hm^-2,黄毛豆),蛋白质含量等位变异Be475343-198 (+0.41%,淮豆4号),脂肪含量等位变异Satt150-273 (+2.32%,科丰15)等。在此基础上作了设计育种的探讨。     

优良品系中品03-5373系谱的遗传解析及抗大豆胞囊线虫病相关标记鉴定

中品03-5373是高抗大豆胞囊线虫(soybean cyst nematode,SCN) 3号生理小种的优良大豆新种质,可追溯到10个祖先亲本,其中包括灰皮支黑豆、Peking和PI437654等国内外SCN主要抗源。本研究利用152个SSR标记对中品03-5373及其亲本进行鉴定,共发现等位变异437个,每个标记的等位变异范围为2~5个,平均为2.9个。亲缘关系分析表明11份材料间的遗传一致度变化范围为0.2430~0.8224,平均为0.458,4个SSR标记(Satt152、Satt179、Barcsoyssr_18_107和Satt196)形成的单倍型可以将11份材料区别开来。系谱追踪阐明了育种对基因组组成变化的作用,发现中品03-5373亲本中以灰皮支黑豆贡献的等位变异最多(39个),PI437654次之(6个)。通过系谱追踪筛选到与SCN 3抗性相关的候选标记20个,为进一步克隆抗病基因和选择有效的标记组合进行分子育种提供了依据。     

大豆杂种产量的主-微位点组遗传分析

选用来源于中国黄淮和美国的熟期组II~IV的8个大豆品种,按Griffing方法II设计,配成36个双列杂交组合(28个杂种组合+8个亲本)于2003-2005年进行田间试验。应用基于数量性状主基因+多基因遗传模型的主-微位点组分析法,解析8个大豆亲本产量的主、微位点组遗传构成及其效应,估计主、微位点组对产量杂种优势的贡献。结果表明,8个大豆亲本间产量由6个主位点组加微位点组控制,主位点组、微位点组分别解释表型变异的75.98%和10.81%。6个主位点组加性效应(a_J)分别为140.10、259.65、1.95、151.35、–32.70和45.00 kg hm^–2,显性效应(d_J)分别为177.15、314.25、105.75、75.90、242.85和171.00 kg hm^–2。杂种遗传构成包括主位点组杂合显性效应、主位点组纯合加性效应、微位点组杂合显性效应和微位点组纯合加性效应4部分,相对重要性依次递减,以显性效应为主,加性效应为辅。亲本间主、微位点组及其遗传效应的解析阐释了各杂种组合的遗传特点,还提供了进一步挖掘遗传潜力进行优势改良的基础。     

大豆抗胞囊线虫4号生理小种新品系SSR标记分析

培育抗病品种是大豆胞囊线虫(Soybean Cyst Nematode, SCN)病经济、有效的防治方法。利用130个SSR标记对26份抗SCN 4号生理小种(SCN 4)新品系和15份感病品系进行基因型分析, 旨在明确抗病品系与SCN 4抗性相关联的SSR标记, 提出抗性基因分子标记鉴定方法, 以提高抗病品系在育种中的利用效率。研究表明, Hartwig与晋品系亲本具有不同的SCN 4抗病基因, 其遗传相似系数为0.362。与抗性显著关联的22个SSR位点分布在11个连锁群(LG), 推测LG D1b上分布的SSR标记附近存在1个新的SCN 4抗病基因; 而Satt684、Sat_230、Sat_222、Satt615和Satt231位点, 来自亲本Hartwig等位基因与抗病相关联, 而来自晋品系的等位基因与感病相关联, 在Sat_400、Satt329和Satt557等其他17个SSR位点, 来自Hartwig等位基因与感病相关联, 来自晋品系亲本的等位基因与抗病相关联。利用非连锁不平衡SSR标记Satt684和Sat_400可对供试品系进行有效的抗性辅助选择。     

优良大豆品种合丰25的遗传组成

合丰25由合丰23和克4430-20杂交选育而成,是我国大豆生产上累计种植面积最大的品种。本研究利用463个SSR标记对合丰25及其亲本进行检测,并分析其遗传组成及其与亲本的遗传关系。463个SSR位点中有177个位点在合丰25的两个亲本间无多态性,合丰23和克4430-20对合丰25的遗传贡献率分别为39.4%和48.3%。在G和E两个连锁群发现克4430-20有大片段传递给合丰25,特别是G连锁群没有发现来自合丰23的片段,而合丰23在L连锁群传递给合丰25的位点是克4430-20的2.3倍。不同连锁群亲本染色体片段的组成不同,可能与产量、抗病性等重要性状相关QTL的分布有关,从而使合丰25通过重组集合了两个亲本的优点。合丰25在57个位点出现新等位变异。为分析位点突变对合丰25纯度的影响,用包括57个位点在内的207个SSR标记对12个不同销售点的合丰25种子进行检测,207对SSR引物中有13对在4个大豆样本中检测到杂合条带,而8个样本的纯度均为100%。说明大部分突变位点已在品种利用过程中纯合,合丰25的优异基因型及其在推广20多年后仍保持的高纯度,是其在生产上利用经久不衰的主要原因之一。     

大豆品种资源抗灰斑病7号生理小种优异等位变异的发掘

本文旨在发掘大豆品种资源中抗灰斑病7号生理小种优异等位变异,为培育抗灰斑病品种提供遗传信息和载体材料。以202份大豆品种为试验材料,鉴定材料抗灰斑病7号生理小种的抗病性。利用SSR标记进行全基因组扫描,采用TASSEL 3.0软件的GLM模型和MLM模型对大豆品种的灰斑病抗性与标记进行关联分析。结果表明,2种模型共同检测到12个与灰斑病7号生理小种抗性显著关联的位点,各标记对表型变异的解释率为2.00%~15.47%,共同检测到增效作用的等位变异共有20个,其中增效表型效应值最大的等位变异是Satt549-263(18.88),载体材料为‘合丰29’;其次为Satt372-291(17.92),载体材料为‘合丰34’。发掘到的等位变异信息和载体材料为培育抗灰斑病品种亲本选配和后代等位条带辅助选择提供了依据。     

"十五"大豆创新种质和1963-1995年间育成品种的SSR遗传结构及遗传多样性分析

对22份"十五"攻关培育的创新种质和22份大豆育成品种进行了24个SSR标记的分析比较,目的是在分子水平上阐明创新种质的遗传结构特点,为拓宽我国大豆育成品种遗传基础及亲本选择提供理论依据。本研究在24个SSR位点共检测出231个等位变异,其中15.8%(36个等位变异)为创新种质所特有,特别是在与大豆胞囊线虫紧密连锁的Satt309位点上验证了一个我国独有的等位变异。结合UPGMA和Model-based聚类结果,将创新种质和育成品种分为4组,第Ⅰ组由13份来自东北和山西的创新种质组成;第Ⅱ组由8份来自东北的育成品种组成;第Ⅲ组由8份来自黄淮海和南方的大豆种质组成,其中创新种质和育成品种各为4份;第Ⅳ组由4份育成品种组成,分别来自吉林、黑龙江、河南和山西。遗传多样性分析结果表明,利用国外种质和野生大豆创造的创新种质丰富了东北地区育成品种的遗传多样性。因此,应加强利用国外种质、我国栽培大豆地方品种和野生大豆等优异资源,在创造优异大豆新种质的同时,拓宽我国大豆的遗传基础。     

江淮地区夏大豆新品系SSR和PAV分子标记多样性分析

大豆新品系已成为杂交育种中最主要亲本类型,本研究对系谱明确、适合江淮地区种植的296份大豆新品系进行SSR和PAV标记分析,以揭示其遗传关系,促进其育种利用。结果 93个SSR标记共检测到417个等位变异,平均每个位点等位变异数为4.48,变幅为2~15,PIC值为0.46;227对PAV标记每个位点平均等位变异数为2.10,变幅2~4,PIC值为0.22;基于SSR标记所计算的多样性指标数值均高于PAV标记所得。根据核心亲本划分的4个亚群间分子标记遗传多样性值相近,但都存在一些特有和特缺等位变异。基于SSR和PAV标记遗传距离的聚类分析分别可将供试材料分为12和10类,其中4个大类均可与4个核心亲本亚群对应,还发现一些系谱相同/相近的品系被聚在不同类群。两类分子标记都可用于揭示供试材料的遗传背景,利用所有320个标记可将296份新品系分为8类。     

“十五”大豆创新种质和1968—1995年间育成品种的SSR遗传结构及遗传多样性分析

对22份“十五”攻关培育的创新种质和22份大豆育成品种进行了24个SSR标记的分析比较,目的是在分子水平上阐明创新种质的遗传结构特点,为拓宽我国大豆育成品种遗传基础及亲本选择提供理论依据。本研究在24个SSR位点共发现231个等位变异,其中15.8%（36个等位变异）为创新种质所特有,特别是在与大豆胞囊线虫紧密连锁的Satt309位点上验证了一个我国独有的等位变异。结合UPGMA和Model-based聚类结果,将创新种质和育成品种分为4组,第Ⅰ组由13份来自东北和山西的创新种质组成;第Ⅱ组由8份来自东北的育成品种组成;第Ⅲ组由8份来自黄淮海和南方的大豆种质组成,其中创新种质和育成品种各为4份;第Ⅳ组由4份育成品种组成,分别来自吉林、黑龙江、河南和山西。遗传多样性分析结果表明,利用国外种质和野生大豆创造的创新种质丰富了东北地区育成品种的遗传多样性。因此,应加强利用国外种质、我国栽培大豆地方品种和野生大豆等优异资源,在创造优异大豆新种质的同时,拓宽我国大豆的遗传基础。     

发掘大豆资源中灰斑病1号生理小种抗性优异等位变异

通过发掘大豆资源中抗灰斑病1号生理小种的优异等位变异和载体材料,为开展抗灰斑病品种分子设计育种提供理论基础。以205份大豆资源构建的自然群体为试验材料,对其进行灰斑病1号生理小种的抗性鉴定;利用117对SSR标记进行全基因组扫描,分析群体的遗传多样性和群体结构,应用GLM和MLM程序对标记与大豆灰斑病抗性开展关联分析。结果表明：205份大豆资源对灰斑病1号生理小种抗性遗传变异系数为20.90%;2个模型共检测到与灰斑病1号生理小种抗性关联的位点7个,表型变异解释率在7.58%~16.06%;发掘到增效等位变异36个,其中效应值较大的等位变异为Satt244-230（26.16）、Satt142-154（21.94）和Satt244-186（20.19）,携带上述3个等位变异的载体材料均为野生资源,3个典型材料分别为12C8646、12C8670和12C6175;育成品种中具有最大增效值的等位变异为Satt142-189（8.94）,有7个品种携带该等位片段,均为黑龙江品种,典型载体材料为东农43。 上述信息可用于分子标记辅助选择育种和抗源筛选。     

大豆品种豫豆25抗疫霉根腐病基因的鉴定

大豆疫霉根腐病是大豆破坏性病害之一。防治该病的最有效方法是利用抗病品种。迄今,已在大豆基因组的9个座位鉴定了15个抗大豆疫霉根腐病基因,但是只有少数基因如Rps1c、Rps1k抗性在我国是有效的。因此,必需发掘新的抗疫霉根腐病基因,以满足抗病育种的需求。豫豆25具有对大豆疫霉菌的广谱抗性,是目前筛选出的最优异的抗源。以豫豆25为抗病亲本分别与豫豆21和早熟18杂交构建F_2:3家系群体。两个群体的抗性遗传分析表明,豫豆25对疫霉根腐病的抗性由一个显性单基因控制,暂定名为RpsYD25。用SSR标记分析两个群体,RpsYD25均被定位于大豆分子遗传图谱N连锁群上。由于Rps1座位已作图在N连锁群,选择Rps1k基因中的一些SSR设计引物,检测RpsYD25与Rps1座位的遗传关系。结果表明,一个SSR标记Rps1k6与RpsYD25连锁,二者之间的遗传距离为19.4 cM。因此,推测RpsYD25可能是Rps1座位的一个新等位基因,也可能是一个新的抗病基因。     

Association analysis using SSR markers to find QTL for seed protein content in soybean

Association analysis studies can be used to test for associations between molecular markers and quantitative trait loci (QTL). In this study, a genome-wide scan was performed using 150 simple sequence repeat (SSR) markers to identify QTL associated with seed protein content in soybean. The initial mapping population consisted of two subpopulations of 48 germplasm accessions each, with high or low protein levels based on data from the USDA’s Germplasm Resources Information Network website. Intrachromosomal LD extended up to 50 cM with r ² > 0.1 and 10 cM with r ² > 0.2 across the accessions. An association map consisting of 150 markers was constructed on the basis of differences in allele frequency distributions between the two subpopulations. Eleven putative QTL were identified on the basis of highly significant markers. Nine of these are in regions where protein QTL have been mapped, but the genomic regions containing Satt431 on LG J and Satt551 on LG M have not been reported in previous linkage mapping studies. Furthermore, these new putative protein QTL do not map near any QTL known to affect maturity. Since biased population structure was known to exist in the original association analysis population, association analyses were also conducted on two similar but independent confirmation populations. Satt431 and Satt551 were also significant in those analyses. These results suggest that our association analysis approach could be a useful alternative to linkage mapping for the identification of unreported regions of the soybean genome containing putative QTL.     

"汕优63"的产量及其构成因子的数量性状基因位点分析

本文选用优良杂交组合珍汕97／明恢63的F2稻蔸群体为材料,对产量及产量构成因子（有效穗、每穗实粒数和千粒重）的表现分布在两年内进行了考查。通过对537个RFLP标记的54对SSR标记的筛选,共找到了151（133个RFLP,18个SSP）个多型性标记,用这些多型性标记构建了该群体的饱和分子标记遗传连锁图,对产量和产量构成因子进行了QTL定位,在两年内共检测到36个QTLs,其中8个QTLs在两年内都被检测到,其余28个QTLs分别在一年内检测到,通过对这些QTLs的定位、效应大小及作用方向的分析,为分析该组合所表现出的强大杂种优势打下了基础。     

黑龙江部分大豆品种分子ID的构建

以黑龙江13个育种单位6个积温带的83份大豆品种为材料, 选择分布在大豆基因组19个连锁群的43对SSR引物进行检测, 共检测出等位变异157个, 每个引物检测到的等位变异数变化范围为2~7个, 平均为3.65个。将聚丙烯酰胺凝胶电泳得到的谱带统计结果根据等位变异的片段大小数字化, 用自行编制的ID Analysis 1.0软件进行数据分析。结果表明, 仅需9对引物(Satt100、Sat_218、Satt514、Satt551、Satt380、Satt193、Satt191、Satt442、Sat_084)可将83份参试大豆品种完全区分开。构建了一套黑龙江省大豆品种的分子ID。     

利用与大豆灰斑病抗性基因连锁的SSR标记构建品种(系)的分子身份证

以黑龙江省29个大豆育种单位的103份已鉴定大豆灰斑病3个生理小种抗性的大豆品种(系)为材料,选择与大豆灰斑病抗病基因连锁的19个SSR标记检测,获得等位变异数86个,每个标记检测到的等位变异数分布在2~6个之间,平均为4.42个。应用遗传统计软件(genetics statistics 3.0)分析表明, 标记的多样性指数介于0.198~0.751之间,平均多样性指数为0.606。品种(系)特异指数差异较大,介于46.592~481.541之间,平均为87.415。根据标记的等位基因数,使用ID Analysis 1.0软件分析表明,利用与大豆抗灰斑病基因连锁的7个SSR标记(Satt565、Satt547、Satt431、Sct_186、SOYGPATR、Satt244、Sat_151)就能有效区分各品种(系),因此利用这7个标记构建了供试品种(系)的分子身份证。     

大豆微卫星诱发突变的分子分析

Microsatellite or SSR marker is an efficient tool for plant genotype identification, molecular mapping and marker-assisted selection. Objective of this study is to analyze the mutagenized microsatellite variations in soybean genome and reveal nature of these mutations. In the present study, mutations at fifteen microsatellite loci were detected in genomic DNAs of soybean mutant E182 induced by EMS (ethyne metyl sulfate) using PCR amplification of 485 pairs of SSR primers. These fifteen mutagenized microsatellite loci with repeat number variation were Satt005, Sattll7, Satt185, Satt282, Satt290, Satt420, Satt452, Satt483, Satt569, Satt579, Satt600, Satt602, Sat-086, Sat-107 and Sat-135, respectively. Sequencing results of these fifteen loci indicated that microsatellite sequences at Satt282, Satt483, Satt579, Satt600 and Satt602 loci were respectively deleted 1 -, 3 -, 8-, 20 - and 1 - trinucleotide (all [ATT]1-20 except for [CAA]8 [TAA]12 at Satt600 locus) repeats, which made allele sizes at these five loci decrease 3, 9, 24, 60 and 3 bp, respectively. And while microsatellite sequences at the other ten mutated loci, Satt005, Sattll7, Satt185, Satt290, Satt420, Satt452, Satt569 and Sat-086, Sat-107, Sat-135, were respectively inserted 1-, 6-, 6-, 3-, 4-, 3-, 8- trinu-cleotide repeats (ATT)1-8 and 12-, 6-, 16- dinucleotide repeats (AT)6-16, making allele sizes at these ten loci increase 3, 18, 18, 9, 12, 9, 24, 24, 12, 32 bp, respectively. On the other hand, eleven events of base mutations were detected in flanking regions at seven (Sat- 107, Satt185, Satt282, Satt420, Satt569, Satt579 and Satt600) of fifteen mutated microsatellite loci. These base mutations consisted of 6 transitions (4T→C and 2 A→G), 2 transvertions (A→T and T→A), 1 insertion (T) and 2 deletions (A and T). The experimental results proved that EMS mutagenesis could cause different types of mutations at microsatellite multilocus in soybean genome, including repeat number variations in microsatellite regions and random base mutations in flanking regions. We found three mutational biases, which were frequent insertion mutations of repeat units, initiating positions of microsatellite sequences of repeat unit insertions/deletions and both flanking-base T ↓ A of these insertion/deletion positions. In addition, the resolution capacity of high-quality agarose gels was sufficient to distinguish differences of only three base pairs in this experiment.     

Linkage map construction and mapping QTL for cotton fibre quality using SRAP, SSR and RAPD

Tetraploid cotton is one of the most extensively cultivated species. Two tetraploid species, Gossypium hirsutum L. and G. barbadense L., dominate the world's cotton production. To better understand the genetic basis of cotton fibre traits for the improvement of fibre quality, a genetic linkage map of tetraploid cotton was constructed using sequence‐related amplified polymorphisms (SRAPs), simple sequence repeats (SSRs) and random amplified polymorphic DNAs (RAPDs). A total of 238 SRAP primer combinations, 368 SSR primer pairs and 600 RAPD primers were used to screen polymorphisms between G. hirsutum cv. Handan208 and G. barbadense cv. Pima90 which revealed 749 polymorphic loci in total (205 SSRs, 107 RAPDs and 437 SRAPs). Sixty‐nine F₂ progeny from the interspecific cross of ‘Handan208’בPima90’ were genotyped with the 749 polymorphic markers. A total of 566 loci were assembled into 41 linkage groups with at least three loci in each group. Twenty‐eight linkage groups were assigned to corresponding chromosomes by SSR markers with known chromosome locations. The map covered 5141.8 cM with a mean interlocus space of 9.08 cM. A × test for significance of deviations from the expected ratio (1: 2: 1 or 3: 1) identified 135 loci (18.0%) with skewed segregation, most of which had an excess of maternal parental alleles. In total, 13 QTL associated with fibre traits were detected, among which two QTL were for fibre strength, four for fibre length and seven for micronaire value. These QTL were on nine linkage groups explaining 16.18‐28.92% of the trait variation. Six QTL were located in the A subgenome, six QTL in the D subgenome and one QTL in an unassigned linkage group. There were three QTL for micronaire value clustered on LG1, which would be very useful for improving this trait by molecular marker‐assisted selection.     

大豆不同环境下脂肪酸组分含量的QTL分析

大豆油的品质取决于脂肪酸各组分在大豆中的比例, 为发掘控制大豆5种脂肪酸含量的数量性状位点(QTL), 利用冀豆12和黑豆重组自交系群体构建遗传图谱, 采用Windows QTL Cartographer 2.5和QTL Network-2.0软件的CIM和MCIM法对大豆5种脂肪酸组分进行数量性状定位。结果表明,在石家庄和三亚各环境下共检测到16个QTL, 位于连锁群A2、B2、C2、F、G、I、L上。对2个环境联合分析, 检测到13个QTL, 其中9个用2种方法被检测到, 但这13个位点与环境互作的贡献率明显小于加性效应。其中在B2连锁群Satt168~Satt556控制硬脂酸的QTL Ste-1在河北石家庄和海南三亚均能被检测到, 贡献率均为12%, 在双尾群体和间隔挑选群体中也能检测到控制硬脂酸的QTL Ste-1, 说明这一QTL稳定存在于本组合群体中, 为今后大豆硬脂酸的QTL精细定位奠定了基础。