基于Overview和物理图谱的大豆主茎节数候选基因挖掘

利用与大豆主茎节数性状相关的54个原始QTL位点,应用Overview方法首次以大豆参考基因组物理图谱为背景进行整合和分析,得到11个重演性较好的置信区间,分布在大豆D1b、C2、B1、F、L和I连锁群上,其中L连锁群重演性较好的置信区间较多。对得到的候选区段进行基因注释得到488个候选基因,其中Glyma.11G087300、Glyma.20G014300、Glyma.13G221400、Glyma.06G243500、Glyma.13G052900、Glyma.13G052700参与植物激素信号转到通路(ID:Ko04075),推测这6个基因通过该通路的赤霉素途径和生长素途径参与大豆主茎节数的遗传调控。本研究所挖掘到的与茎生长发育及主茎节数直接相关的通路和候选基因能够为构建理想株型和大豆分子辅助育种提供新思路。     

大豆共生结瘤相关性状QTL定位信息整合及候选基因分析

目前基于大豆共生结瘤QTL定位的结果少、置信区间大,难以应用于实践中,因此整合前人研究结果、缩短置信区间具有重要意义。本研究针对大豆共生结瘤相关性状,搜集国内外已报道的48个QTL定位结果,利用Meta分析得到2个分别控制结瘤数目、结瘤大小和结瘤干鲜重的Meta-QTL。在区间内选择候选基因,利用野生大豆和栽培大豆验证候选基因在接种根瘤菌后的表达模式,明确候选基因与共生结瘤的关系。对Meta-QTL区间内的6个候选基因进行qRT-PCR检测及初步生物信息学分析,结果表明其中4个基因有可能为大豆共生结瘤性状的候选基因。本研究的实验方法对QTL定位区间内候选基因的确定和功能研究具有指导意义。     

大豆抗菌核病位点挖掘及一致性QTL分析

利用离体叶柄接种法和活体茎接种法对以感病大豆品种合丰25和抗病大豆品种Maple Arrow为亲本构建的128份后代群体进行鉴定,通过复合区间作图法结合表型鉴定数据定位到7个抗大豆菌核病相关的QTL位点。收集整理在B1连锁群上关于大豆抗病虫害的QTL位点,通过元分析构建大豆抗病虫害相关的一致性QTL图谱,并得到了2个一致的QTL,缩小了置信区间并发掘了21个候选基因,其中3个与抗病相关。本研究得到的QTL在B1连锁群上定位的QTL位点附近,这为抗大豆菌核病精细定位和基因克隆奠定了基础。     

大豆苗期固氮相关性状的QTL分析

大豆与根瘤菌共生固氮是大豆生长发育所需氮素的主要来源.由于根瘤菌与大豆两者基因型的不同,接种根瘤菌后大豆固氮能力也不同.以合丰25×固新野生大豆杂交组合的重组自交系(RIL)群体F11的104个株系为材料,在严格控菌条件下,用固氮菌株2178进行结瘤匹配鉴定,测定RIL群体及其亲本的固氮酶活性、结瘤数目、侧根数目、根瘤鲜重、茎干重5个指标,对所得数据进行正态分布检验,结合SSR分子数据利用复合区间作图法对其QTL定位分析.结果表明:RIL群体各性状均表现超亲分离,均值介于双亲之间,其偏度和峰度均较小,符合正态分布.这表明所考察性状均为数量性状遗传.应用复合区间作图法进行固氮性状的QTL定位,在Al、L、O、D1b、D2、C2、I连锁群,检测控制固氮的QTL有8个,解释表型变异的7.65%～15.05%,这些QTL及分子标记位点可用于大豆固氮性状的分子标记选择.     

基于共线性分析的大豆种子硬实性QTL定位及候选基因预测

大豆种子硬实度关乎食品与饲料加工。为提高大豆种子硬实度分子标记辅助选择的效率，发现相关候选基因，利用染色体片段代换系（chromosome segment substitution lines, CSSL）对大豆种子硬实性进行了两年的QTL定位研究，结合前人得到的25个种子硬实性QTL，利用MCScanX对整个大豆基因组进行分析，生成共线性区组，评估大豆种子硬实性QTL之间的共线性，确定了位于Gm02片段的中心QTL。利用多个数据库分析hub-QTL区段的基因，锚定了8个与大豆种子硬实性相关的候选基因。从CSSL群体中选择种子硬实性不同的两个品系和轮回亲本，用于随后的实时荧光定量PCR分析，发现候选基因Glyma.02G269400和Glyma.02G269500在CSSL群体中硬实性不同的2个品系及轮回亲本绥农14中的表达差异显著。Glyma.02G262600在绥农14中的相对表达量约是CSSL-136的5倍，而在CSSL-200中表达量中等，推测该基因抑制大豆种皮的形成。     

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。     

基于Overview和物理图谱的大豆株高性状候选基因挖掘

为更加准确地挖掘大豆株高性状候选基因,本研究利用已有研究中与大豆株高性状相关的249个QTL位点,以大豆基因组物理图谱为背景进行整合,并通过Overview分析得到32个重演性较好的置信区间,分布在大豆D1b、N、C1、A1、C2、M、K、O、B1、F、J、D2、G和L连锁群上,其中D1b、A1、C2、M、F、L连锁群的重演性较好的置信区间较多。对候选区段进行基因注释,分析得出植物激素信号转导通路(ID:Ko04075)可能为大豆株高调控的主要通路,该通路与植物细胞增大、分化、茎生长、休眠、果实成熟和抗逆性等植物生理过程紧密相关。通路中13个候选基因与大豆株高性状相关,9个基因被注释为编码生长素响应蛋白,3个基因被注释为编码脱落酸相关蛋白,1个基因为GH3生长素响应启动子。本研究为挖掘大豆株型性状候选基因、构建大豆理想株型和促进分子辅助育种提供新思路。     

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。     

大豆脂肪酸组分相关QTL元分析

大豆油中脂肪酸的种类与含量是衡量其品质的主要指标.目前,对大豆脂肪酸组分相关的QTL研究较多,然而这些结果之间由于作图群体、分析方法以及环境条件的差异造成了QTL定位的区间过大或定位区间重叠等问题.通过搜集已报道的与大豆脂肪酸含量相关的83个QTL,提取相对有效且可靠的QTL标记信息,利用元分析软件BioMercator2.1将这些QTL映射到大豆公共遗传连锁图谱Soymap2上,构建了一张大豆脂肪酸组分相关QTL一致性图谱.并利用QTL的95%的置信区间来元分析推断"真实"QTL的位置.结果共得到定位在10个连锁群上的19个"真实"QTLs,他们主要分布在A1、B2、D1b、D2、E、G、L这7条连锁群上且成簇分布,明显缩短了其QTL的置信区间.研究结果为大豆脂肪酸组分相关的QTL的精细定位以及脂肪酸组分相关基因挖掘提供了有力的依据.     

大豆籽粒蛋白质含量分子遗传研究进展

综述了近年来大豆籽粒蛋白质含量分子遗传方面的研究进展。由于遗传因素和环境因素对蛋白质含量均有很大的影响,因此,不同研究者的研究结果差异很大。利用表型数据的传统遗传研究表明,大豆籽粒蛋白质含量以加性效应为主,但不同材料之间遗传力差异很大,在31%~99%之间。在所有20个染色体上均发现有相关的QTL位点,共有298个QTL,贡献率介于0.002%~80%之间,其中20号(I连锁群)、15号(E连锁群)等染色体上均存在多次检测到的QTL区段。连锁分析和关联分析均显示20号染色体检测到大豆籽粒蛋白质含量QTL的频率均最高,且在该染色体上预测了一些大豆籽粒蛋白质含量相关的候选基因,但这些候选基因在染色体上的位置不一致,还需要进一步验证。20号染色体有一个QTL区段(A688-Satt239)在多个环境和群体中均检测到,这为高蛋白分子标记辅助育种提供依据,并为后续的深入研究提供参考。     

大豆胞囊线虫侵染下野生大豆根组织实时定量PCR分析中内参基因的筛选

以高抗和高感HG 0大豆胞囊线虫的野生大豆种质为试验材料,采用q RT-PCR技术检测了ACT11(Glyma.18G290800)、Tubulin-motif(Glyma.19G194800)等24个候选持家基因在不同大豆胞囊线虫侵染时期(接种后9,15和20 d)野生大豆根系中的基因表达情况,除Actin(Glyma.08G182200)出现了非特异扩增外,其它23个持家基因的q RT-PCR扩增效果均理想,扩增特异性高。分析上述23个持家基因的表达丰度,并利用Best Keeper、ge Norm和Normfinder对其表达稳定性进行评价。结果表明:持家基因间的表达丰度不尽相同,而且有些持家基因在不同品种间或不同处理间(接种虫卵和接种水)也存在表达丰度的差异。23个持家基因的表达稳定性也不相同,综合来看,表达最不稳定的基因为Cons9(Glyma.10G152200)、Cons2(Glyma.17G138500)、Cons1(Glyma.15G270900)和Tubulin-motif(Glyma.20G136000),本试验条件下它们不适宜作内参基因;其余持家基因相对稳定,本试验条件下可选择Tubulinmotif(Glyma.15G132200),Cons6/SKIP16(Glyma.12G051100)或Tubulin-motif(Glyma.05G110200)作为内参基因,它们表达量较高,表达最为稳定,其Ct平均值分别为25.7、26.5和25.0,标准偏差分别为0.540、0.575和0.490,ge Norm软件评价其稳定性的M值分别为0.698、0.715和0.727。该研究为野生大豆抗胞囊线虫相关基因的表达分析提供了参考。     

Molecular cloning and expression analysis of the Rf-m candidate genes encoding pentatricopeptide repeat proteins in soybean

Cytoplasmic male sterility (CMS)-restorer system is a useful tool to exploit heterosis in soybean. The major restorer gene for the M-type CMS is known as Rf-m, located in the 162.4-kb region on chromosome 16. Sequence analysis has revealed that the Rf-m locus in Glycine max consists of seven pentatricopeptide repeat (GmPPR) genes. The deduced amino acid sequences contain 8 to 14 PPR motifs, and a phylogenetic analysis grouped these GmPPR proteins into two PPR subfamilies: Glyma.16G161800 belongs to the PLS subfamily, and the P subfamily consists of Glyma.16G161900, Glyma.16G162000, Glyma.16G162100, Glyma.16G162700, Glyma.16G162800, and Glyma.16G163100. The phylogenetic analysis of seven GmPPR proteins and 27 other plant PPR proteins also showed that proteins in the same subfamilies cluster together. Comparative sequence analysis was conducted using the seven Rf-m candidate GmPPR genes from the sterile line W931A, the maintainer line W931B, and the restorer line WR016, the result showed that Glyma.16G161900 had higher polymorphism than the other candidate genes. Based on real-time quantitative RT-PCR data, all seven GmPPR genes were differentially expressed but showed constitutive expression in roots, stems, leaves, and pollen grains. Additionally, the expression level of Glyma.16G161900 in the sterile line W931A was significantly higher in all tissues than in the restorer line WR016. Taken together, these results suggest that Glyma.16G161900 is the most likely candidate for the restorer gene Rf-m. This study is the first report and analysis of candidate fertility restorer (Rf) genes encoding PPR proteins in soybean.     

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。     

大豆耐盐相关基因研究进展

大豆（Glycine max（L.）Merill）是植物蛋白质和油脂的重要来源。盐胁迫是造成大豆产量损失的主要非 生物胁迫因素。耐盐基因的挖掘对培育大豆耐盐品种至关重要。本文一方面总结了通过正向遗传学获得的大豆 耐盐相关数量性状位点或基因,如萌发期耐盐性主效基因GmCDF1（Glyma.08g102000）、2个出苗期QTL（分别位于6 号和14号染色体）;苗期耐盐性主效基因GmSALT3（Glyma03g32900）以及位于G连锁群的QTL。随着对大豆耐盐性 研究的不断深入,目前认为大豆萌发期、出苗期、苗期的耐盐性无直接相关性。另一方面总结了通过反向遗传学途 径获得的参与离子运输、转录调控等耐盐性基因,以及通过生物工程技术转入外源基因提高大豆耐盐性的研究进 展,期望为解析大豆耐盐分子机制和耐盐育种提供参考。     

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。     

大豆RING/U-box蛋白Glyma.13G115900的克隆及其对非生物胁迫的应答

课题组前期对干旱胁迫下大豆转录组的数据分析发现大豆Glyma.13G115900基因编码一个RING/U-box蛋白,其表达水平受干旱胁迫影响显著。本研究以垦丰16大豆为试验材料,克隆Glyma.13G115900基因。氨基酸多重序列比对表明其编码的蛋白与其它物种都具有高度保守的RING/U-box结构域。构建原核表达载体pET-29b-Glyma.13G115900转化到大肠杆菌中,Glyma.13G115900蛋白在大肠杆菌中能够表达。荧光定量PCR分析表明Glyma.13G115900基因的表达量受PEG、NaCl和ABA的影响显著,但基本不受冷胁迫的诱导。经PEG和NaCl处理后,该基因表达量与CK相比呈现出显著下降的趋势,PEG处理的表达量变化比NaCl下调的更明显;在ABA诱导下与CK相比该基因的mRNA丰度呈现出先上升后下降的趋势,在4 h表达量出现峰值,推测该基因可能通过依赖于ABA途径参与非生物胁迫应答。以上结果为进一步深入研究该基因的调控途径奠定基础。     

Identification of quantitative trait loci controlling nodulation and shoot mass in progenies from two Brazilian soybean cultivars

Nitrogen (N) demand of soybean [Glycine max (L.) Merrill] can be supplied via biological nitrogen fixation (BNF), however, higher yielding cultivars increase plant demand for N. Phenotypes differing for traits associated with biological nitrogen fixation result from the expression of the multiple genes of both the host plant and the microsymbiont, but limited studies have been done on the genetics of the soybean BNF. Integrated maps of soybean with simple sequence repeat (SSR) markers [Cregan, P.B., Jarvik, T., Bush, A.L., Shoemaker, R.C., Lark, K.G., Kahler, A.L., Kaya, N., Van Toai, T.T., Lohnes, D.G., Chung, J., Specht, J.E., 1999. An integrated genetic linkage map of the soybean genome. Crop Sci. 39, 1464–1491.] offer an excellent opportunity for the identification of traits related to BNF. This study aimed at the identification of quantitative trait loci (QTLs) controlling BNF and nodulation in an F₂ population of 160 plants derived from an intraspecific cross between two Brazilian cultivars, Embrapa 20 × BRS 133, previously identified as having good potential for mapping of QTLs [Nicolás, M.F., Arias, C.A.A., Hungria, M., 2002. Genetics of nodulation and nitrogen fixation in Brazilian soybean cultivars. Biol. Fertil. Soils 36, 109–117.]. From 252 SSR markers tested in the parental genotypes 45 were polymorphic with high heterozygotes resolution. Mapping was performed with those 45 SSR markers for nodulation [nodule number (NN) and nodule dry weight (NDW)] and plant growth [shoot dry weight (SDW)] phenotypes in F_2:3 lines. A total of 21 SSR loci were mapped with a likehood of odds (LOD) value of 3.0 and a maximum Haldane distance of 50 cM, and were distributed in nine linkage groups with coverage of 251.2 cM. The interval mapping analysis with Mapmaker/QTL revealed two genomic regions associated with NN and NDW, with a contribution of putative QTLs of 7.1 and 10%, respectively. The regression analysis identified 13 significant associations between the marker loci and QTLs due to additive effects, with some of them being significantly associated with more than one phenotypic trait. Effects were observed in all variables studied, ranging from 2 to 9%. A one-way analysis of variance (ANOVA) also detected 13 significant associations, related to dominance effects. A two-way-ANOVA showed six epistatic interactions among non-linked QTLs for SDW, NN and NDW, explaining up to 15% of the trait variation and increasing the phenotypic expression from 8 to 28%. The data obtained in this work establish the initial stage for additional studies of the QTLs controlling BNF and indicate that effective marker-assisted selection using SSR markers may be feasible for enhancing BFN traits in soybean breeding programs.     

大豆GmIDD及其同源基因的生物信息学分析及功能预测

利用NCBI和Phytozome数据库进行GmIDD基因的同源基因检索,获取该基因在大豆不同染色体中5个拷贝的序列信息。通过对功能结构域的分析结果显示GmIDD基因5个拷贝均含有2个C2H2型(72~92 aa、114~142 aa)、2个C2HC型(149~169 aa、176~195 aa)锌指结构域。GmIDD基因cDNA序列全长为1 227 bp,编码408个氨基酸。系统进化树分析结果显示GmIDD基因5个拷贝中除了Glyma.14g10940和Glyma.17G228000外,其它IDD蛋白间进化距离较远,表明不同大豆IDD基因在功能上可能存在一定差异。长短日照处理下GmIDD表达量的分析结果显示GmIDD基因受短日照诱导表达,因此推测GmIDD可能参与大豆开花的调控过程。