大豆胞囊线虫(SCN)抗病候选基因研究进展

大豆胞囊线虫(Heterodera glycines,Soybean cyst nematode,SCN)是严重危害世界大豆生产的害虫,大豆对胞囊线虫的抗性由多个基因控制,发掘和利用抗病基因对于SCN抗病品种的选育至关重要.该文对包括基于QTL定位获得的rhg1和Rhg4抗性位点、基于比较基因组获得的线虫抗性基因Hs1pro-1同系物类的GmHs1pro-1和基于基因芯片获得的SCN抗病候选基因的研究进行综述,以期为SCN的抗病分子育种研究提供参考.     

抗大豆胞囊线虫3号生理小种(SCN3)核心种质代表性分析

大豆胞囊线虫(soybean cyst nematode,SCN)病是大豆生产中最严重的病害,这种病害最好的防治措施就是培育抗性品种.然而,中国大多数大豆育成品种都不抗SCN3.为了有效的研究和利用中国的大豆抗胞囊线虫种质资源,将64份中国小黑豆品种(包括鉴别寄主)对现有的1、2、3、4、5、7、14号7个大豆胞囊线虫(Hererodera glycines)生理小种进行了抗性鉴定,应用SPSS统计系统软件将供试品种的抗病基因进行分类;同时调查了在田间根部感染SCN3的胞囊数量.结果表明:在相似距离为0.52时,将供试64个品种按含有抗感大豆胞囊线虫生理小种的抗性基因差异,可以划分为7大类.在田间连续5年(2003～2007)跟踪调查不同大豆根部侵染的胞囊量情况,平均胞囊量为0的有应县小黑豆等共18个品种;平均胞囊量为0.07的有哈尔滨小黑豆等共8个品种;平均胞囊量为0.13的有平顶山和茶豆;其它各品种的平均胞囊量均在0.13～6.00之间.综合上述试验结果以及各品种的农艺性状,选用等比例取样法构建了由16份种质资源组成的抗SCN3初选核心种质.抗SCN3初选核心种质的建立,为深入了解中国大豆抗性种质的遗传多样性、研究SCN3复杂抗性遗传变异规律和发掘新基因提供了合理的样本,同时将有助于加速抗病育种的进程,满足生产上的需要.     

野生大豆ZYD00006回交导入系构建

为挖掘野生大豆优异稀有基因，2006年至今以栽培大豆绥农14（轮回亲本）与野生大豆ZYD00006（供体 亲本）为双亲材料，经杂交、回交，标记辅助选择构建获得一套覆盖野生大豆全基因组的染色体片段导入系（代换 系）。该群体共 192个株系，包含野生大豆目标导入片段 237个，平均每个连锁群的导入片段个数为 11.85个；导入 片段总长度1865.17 cM，覆盖整个基因组的82.43%。其中L连锁群野生大豆基因组覆盖率最高，为100%，N连锁群 覆盖最低为 53.17%。最长导入片段 43.30 cM，最短导入片段 0.22 cM。高度一致的遗传背景对大豆重要基因及野 生大豆特有优异基因挖掘具有重要意义。同时，野生资源的引入极大丰富了栽培大豆的遗传基础，进而使得导入 系后代表型变异丰富，为大豆遗传育种提供重要的材料基础。     

大豆胞囊线虫病3号生理小种抗性QTL定位的研究

利用感大豆胞囊线虫病品种合丰25与抗病品种抗线2号杂交获210个F2代群体,利用150对SSR引物,并采用Windows QTL Cartographer V2.1复合区间法对抗大豆胞囊线虫病的基因进行定位。结果表明:其中有多态性SSR标记为67个,占44.67%;以LOD值大于2.0作为QTL存在的阈值,检测到2个抗大豆胞囊线虫3号生理小种基因相关的QTL:Qscn-1(Satt163~Satt309),Qscn-2(Sat440~Satt148),分别定位在MLG G和MLG I上,且遗传贡献率分别为10.1%和7.6%,与SSR标记Satt309和Satt148的遗传距离分别为7.2 cM和5.6 cM。     

大豆种质资源抗SCN4号生理小种的鉴定研究

采用病圃自然感病鉴定法 ,对我国 7省 5 18份大豆新种质资源进行了抗大豆胞囊线虫SCN4号生理小种的鉴定研究 ,筛选出 3个新的抗病品种。这些抗病品种均来自山西 ,种皮为黑色 ,每株平均胞囊数在 0 .2～ 0 .6之间 ,抗性强而稳定 ,可供抗病育种利用。     

大豆胞囊线虫病抗性候选基因GmRSCN-6 克隆与表达分析

大豆胞囊线虫病（Heterodera glycines，Soybean cyst nematode，SCN）是世界性大豆病害之一，具有致病力 强、传播范围广、休眠体（胞囊）存活时间长等特点。因此，大豆胞囊线虫病极难防治。筛选并利用抗病基因是加快 大豆抗线育种进程的有效途径之一。本文以东农L-10为材料，克隆GmRSCN-6 基因并分析GmRSCN-6蛋白的性 质，同时对该基因在抗感病品种进行表达分析。结果表明GmRSCN-6 在SCN3号生理小种侵染10 d内逐渐上调表 达。3 d时表达量出现小高峰，推测GmRSCN-6 基因响应SCN3号生理小种入侵信号，10 d时GmRSCN-6 基因的表达 量达到最大，且抗病品种中的表达量远高于感病品种，表明GmRSCN-6 基因参与大豆胞囊线虫病3号生理小种抗性 反应。     

基于元分析的大豆胞囊线虫抗性QTL的整合

以2004年发布的大豆公共遗传图谱soymap2为参考图谱,共搜集整理了自1994年以来已报道的与抗大豆胞囊线虫相关的151个QTLs,通过BioMercator2.1和公共标记将相关QTLs映射整合到大豆公共遗传连锁图谱soymap2上,并利用元分析技术发掘"真实"QTL。本文共发掘出与抗大豆胞囊线虫1、2、3、4、5和14号生理小种相关的16个"真实"QTL,其中有四个位点的图距小于1.5cM,一个位点的图距小于5cM,分布于A2、E和G连锁群,其中G连锁群上5.11cM处的定位区间包含已报道的Rhg1位点;发现在G连锁群上有一个定位区间控制1,4号生理小种,在B1连锁群上有一个定位区间控制2,5号生理小种,可见这些位点具有兼抗性。     

野生与栽培大豆某些性状的比较及其在大豆育种中的利用

野生大豆由于丰富的遗传背景在大豆育种中具有重要的利用价值.选取来自俄罗斯远东地区和中国东北地区的野生大豆与栽培在中国北京种植,并对其农艺性状进行比较.与栽培大豆相比,野生大豆具有较高的蛋白质含量(47.55%),较低的脂肪含量(12.91%).此外,野生大豆的异黄酮含量高并且具有较好的胞囊线虫抗性.将经过筛选的不同野生大豆与栽培大豆进行杂交,已经选育出一些具有高异黄酮含量和良好胞囊线虫抗性的大豆材料.同时研究了野生大豆与栽培大豆的天然杂交,发现通过分析F1代花色和荚皮色的分离情况可以鉴定天然杂交种.结果证明通过杂交的方式将野生大豆中的目的基因导入栽培大豆进而提高大豆育种效率是切实可行的.     

大豆对大豆花叶病毒SC-11株系抗性的遗传及基因定位

大豆花叶病毒病(soybean mosaic virus,SMV)是世界性大豆病害,严重危害大豆的产量和质量.SC-11为我国黄淮夏大豆区以及北方春大豆区SMV主要流行株系.研究大豆品种对SC-11的抗性遗传方式,不同大豆材料对SC-11抗性位点的等位性关系,并对抗性基因进行了SSR标记定位.结果表明:齐黄1号对SC-11的抗性由一对显性基因(RSC-11)控制;齐黄1号、齐黄22,广吉和早熟18对SC-11的抗病基因是等位的或紧密连锁的;经分离群体组群分析法研究发现,齐黄1号抗SC-11的位点RSC-11位于F连锁群,与SSR标记Saull4、Satt334、Sat_234和Sct_033紧密连锁,距离分别为11.1 cM、8.9 cM、4.6 cM和4.7 cM;选取F连锁群上亲本间有多态的18对引物构建了F连锁群的遗传图谱,全长254.8cM,标记间平均距离为13.41cM.研究结果为大豆抗病育种以及抗性基因的精细定位和图位克隆奠定了基础.     

大豆疫霉根腐病抗性QTL的整合及Meta分析

为根据新进研究结果进一步查找大豆疫霉根腐病相关QTL,收集2000-2018年国内外文献报道的74个有关大豆疫霉根腐病相关的QTL,利用Biomercator 2.1软件的映射功能,根据齐序函数计算共有标记的间距,按比例在参考图谱soymap2上标注出来,通过对映射后的一致性图谱进行Meta分析,得到12个与大豆疫霉根腐病抗性相关"真实"QTL,分布在D1b、C2、A2、F、E、G 6个连锁群上,平均置信区间由原始图谱的15.1 cM降低到4.18 cM。其中有5个"真实"QTL图距小于1 cM的,最小的图距仅有0.10 cM,为QTL进一步精细定位提供重要的依据,为大豆疫霉根腐病的分子辅助育种提供理论基础。     

基于大豆导入系群体结瘤相关性状QTL定位及基因挖掘

氮元素是植物生长所需的重要营养元素之一,生物固氮是大豆生长所需氮元素的重要来源。本实验室以绥农14为母本,野生豆ZYD00006为父本构建一套覆盖野生大豆全基因组的导入系群体。基于大豆导入系群体对结瘤数目和干重进行QTL定位,定位到3个QTL与根瘤干重相关,分布在N、M和D2这3个连锁群上,定位到5个QTL与根瘤数相关,分布在K、F、J和D2这4个连锁群上,在D2连锁群这两个性状有重叠区段(7.20-7.79Mb)。针对这个重叠区段的63个基因进行基因注释,选择到6个与共生、抗病相关的基因作为候选基因进行下一步验证。qRT-PCR分析表明根瘤菌侵染期间Glyma.17G097000基因表达模式与对照相比差异很大。Glyma.17G097000属于GmHIR基因家族,在大豆基因组中发现了11个家族成员。GmHIR家族基因结构相似性很高,基因表达有组织特异性。大豆HIR蛋白有Stomatins和Prohibitin两个结构域,能够参与离子通道调节等生理过程,与植物抗病和细胞周期有关。GmHIR基因来源于四个祖先,进化过程中是高度保守的。对GmHIR基因家族11个成员qRT-PCR检测,结果显示根瘤菌感染期间Glyma.05G029800、Glyma.09G154400和Glyma.17G097000这三个基因与对照相比表达模式差异较大。结果表明这三个基因可能在大豆共生体系建立中起着重要的作用,参与根瘤菌与大豆共生体系建立过程中的离子通道调节和免疫反应。本研究为大豆-根瘤菌共生机制研究奠定基础并提供有效候选基因。     

大豆底荚高度QTL定位及候选基因挖掘

底荚高度是衡量大豆品种是否适宜机械收获的关键指标。底荚高度较低的品种在机械收割过程中可能造成植株部分被切断或漏割,引起总产量损失。因此,大豆底荚高度候选基因对大豆机械化育种至关重要。本研究利用完备区间作图法(Inclusive Composite Interval Mapping, ICIM)对208染色体片段代换系群体(chromosome segment substitution lines, CSSL)进行大豆底荚高度QTL定位,获得9个与大豆底荚高度相关的QTL,分布在8条连锁群上。结合BSA重测序结果,将与大豆底荚高度相关的QTL定位到C1连锁群上1.1Mb和L连锁群上0.05Mb的区间内,并对其进行基因注释。通过基因注释数据库和信息学分析,在两个共识QTL区间内获得5个可能与大豆底荚高度相关的候选基因。这些结果可以为大豆底荚高度QTL精细定位以及机械化优质高产大豆品种的选育提供理论依据。     

大豆结瘤相关QTL优化和候选基因挖掘

氮是植物生长必须的大量元素之一,大豆根瘤菌共生可以为大豆提供充足的氮元素。研究大豆根瘤菌共生机理,挖掘控制共生结瘤候选基因具有重要意义。鉴于现阶段关于调控大豆共生结瘤QTL区间大,无法直接应用到实际中,本实验整理了68个控制大豆结瘤的QTLs,通过Overview和共线性分析对其进行优化,在Gm06染色体上得到一个高置信QTLs区间对该区间进行了基因注释得到43个基因,其中包括一个控制C2钙/脂质结合和含GRAM结构域的蛋白质,一个侧根形成蛋白和一个E3泛素连接酶相关蛋白,并在CSSLs群体中查找该位置存在插入片段的株系进行结瘤性状鉴定。结果表明C2连锁群上的15-15.5Mb对于大豆根瘤菌共生结瘤有着至关重要的作用。     

利用高世代回交群体对大豆小粒性状的基因型分析及QTL定位

利用野生型大豆ZYD00006（供体亲本）与主栽品种绥农14（轮回亲本）所构建的高世代回交导入系,经过严格的百粒重筛选鉴定,得到43个百粒重性状明显小于轮回亲本的导入系个体。利用这套选择群体结合随机对照群体和基因型分析,通过基于遗传搭车原理的卡方分析,检测到分布于7个连锁群上的9个与大豆小粒性状相关的QTL位点,对小粒性状表现为正效应,为大豆小粒性状分子辅助育种提供有用的分子标记。     

野生大豆回交导入系蛋白质含量性状的QTL分析

以野生型大豆ZYD00006（供体亲本）与黑龙江省主栽品种绥农14（轮回亲本）所构建的回交导入系（1204株）为研究材料,利用WinQTL2.5的复合区间作图法(CIM)在9个连锁群定位了16个与蛋白质含量相关的QTL（14个正效应,2个负效应）;导入系群体经过严格的蛋白质含量筛选鉴定,得到10个蛋白质含量性状明显大于轮回亲本的导入系株行。利用这10个高蛋白含量株行（选择群体）结合随机对照群体,通过基于遗传搭车原理的卡方分析,检测到分布于10个连锁群上的17个与大豆蛋白质含量相关的标记位点,对蛋白质含量表现为正效应。两种方法共同检测到7个QTL。这些材料和位点将为高蛋白含量相关基因克隆及分子辅助育种提供重要的材料基础和标记信息。     

中国大豆抗(耐)胞囊线虫病品种及其系谱分析

大豆胞囊线虫病是大豆生产上的重要病害,给大豆生产造成巨大损失.种植抗病品种是经济有效、环境友好型防治方法,国内外大豆抗胞囊线虫病育种取得了较大成绩.汇总我国自1978年以来所审定的大豆抗(耐)胞囊线虫病品种,系谱分析了其抗病基因来源,指出了我国抗病品种遗传基础狭窄,抗病品种抗性单一的问题,提出了利用新的抗源或新型抗病基因是拓宽抗病品种遗传基础的重要途径,并就未来研究从3个方面进行了探讨,以期能够对我国抗病育种提供参考.     

野生大豆(Glycine soja)YD63和栽培大豆(Glycine max)ZD19茎秆解剖结构比较解析

以野生大豆YD63和栽培大豆ZD19为研究对象,通过组织化学方法观察茎秆解剖结构的差异,并进一步分析和阐述这些解剖结构与功能和环境适应性间的关系,旨在为大豆抗逆性研究提供解剖学依据。结果表明：1）野生大豆表皮毛和腺毛多于栽培大豆,且角质层厚度、表皮厚度和表皮比例均大于栽培大豆,表皮和外皮层细胞的木质化和木栓化程度也高于栽培大豆;2）野生大豆皮层、韧皮部、木薄壁组织和髓的比例均大于栽培大豆,茎秆机械强度降低,可塑性升高,抗逆性增强;3）栽培大豆木质部、木纤维和总纤维比例均大于野生大豆,并且表皮细胞壁厚度、韧皮纤维壁厚度、木纤维壁和导管壁厚度均大于野生大豆。栽培大豆组织木质化的比例大于野生大豆,茎秆的机械强度升高,可以更好地维持直立生长和形态构建;4）栽培大豆微管形成层的细胞层数和厚度均大于野生大豆。栽培大豆木质部的比例大于韧皮部的比例,而野生大豆两者比例基本相同;5.）野生大豆韧皮部厚壁组织几乎是连续分布,仅在髓射线处中断,而栽培大豆是不连续的,呈片状分布,野生大豆韧皮部厚壁组织的比例大于栽培大豆;6）野生大豆导管壁强度(t/b)2和小导管比例大于栽培大豆,水分运输的安全性较高,但野生大豆木质部的连通性和水分运输的效率低于栽培大豆。本研究较系统地比较了野生大豆YD63和栽培大豆ZD19茎秆解剖结构特点,可为大豆抗性遗传改良提供解剖学依据。     

大豆籽粒大小和粒形的驯化研究

从野生大豆到栽培大豆的驯化过程中,籽粒大小和形状发生了很大变化,探究这些性状的变化规律能加深对基因驯化机制的认识。以14个野生大豆、45个地方品种和30个育成品种为材料,进行上述性状的偏相关和因子分析。结果表明:栽培品种中百粒重和籽粒大小呈极显著相关,但野生大豆中百粒重和粒长不相关;野生大豆中长宽比是因子分析第1因子的重要成分,而栽培品种并非如此;百粒重与籽粒大小显著相关,与粒形性状不相关。此外,上述结果还通过溧水中子黄豆和南农493-1杂交组合构建的504个正反交F2∶3、F2∶4和F2∶5家系群体的偏相关分析和QTL定位结果予以证实。