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大豆异黄酮是大豆生长过程中形成的一类次生代谢产物,由于其具有重要的抗癌、抗病等生物活性作用而受到人们的普遍关注。大豆异黄酮研究是大豆品质性状研究的一个重要方向。本文利用100份大豆微核心种质,采用HPLC检测方法,分析大豆籽粒中异黄酮含量差异,探讨微核心种质异黄酮含量的遗传变异特性；另外,利用本课题筛选的异黄酮含量明显差异大豆种质(鲁黑豆2号和南汇早黑豆(其中鲁黑豆2号为高异黄酮品种,南汇早黑豆为低异黄酮品种)杂交衍生的重组自交系群体(RIL,F5:6-7),采用SSR标记方法,构建了一张大豆遗传连锁图谱,并定位了与异黄酮主要组分相关QTLs,以期辅助指导大豆异黄酮育种。其主要研究结果如下:
1、大豆微核心种质的异黄酮含量鉴定
采用HPLC检测方法,对100份不同来源的大豆微核心种质进行异黄酮含量分析,结果显示100份大豆微核心种质中主要含有6种异黄酮组分,分别为黄豆苷(D)、黄豆黄苷(GL)、染料木苷(G)、丙二酰基黄豆苷(MD)、丙二酰基黄豆黄苷(MGL)和丙二酰基染料木营(MG),且异黄酮含量在不同生态区间、品种间和重复间均存在显著差异,变异丰富；南方产区大豆品种的异黄酮总含量最高(2465.48μg.g-1),黄淮大豆产区次之(2308.48μg.g-1),北方大豆产区最低(1705.89μg.g-1)；其6种主要异黄酮组分含量的变异系数变化范围为33.44％～52.03％。相关分析发现异黄酮总含量与各主要组分含量之间均呈极显著正相关；与底荚高度和株高呈显著和极显著正相关,与脂肪含量呈极显著负相关(r=-0.323**)。在此基础上,筛选出高异黄酮含量的大豆种质2份,分别为平顶黑豆(4459.91μg.g-1)和PI-567479(4073.95μg.g-1),低异黄酮含量的大豆种质2份,分别为茶色豆(857.74μg.g-1)和牡丰1号(922.82μg.g-1),可以作为大豆亲本材料服务于大豆异黄酮育种。
2、大豆RIL群体的主要性状的遗传表现
大豆RIL群体主要产量和品质性状在不同环境条件下表现也是不同的。有效分枝、单株荚数、底荚高度和单株粒数受环境影响较大,而株高、百粒重和主茎节数受环境影响较小。不同试验条件下RIL群体籽粒中异黄酮含量差异极显著,但总体上不同地点的RIL群体异黄酮总含量基本呈正态分布,表明可以用于大豆异黄酮含量分子标记定位研究。另外,不同地点间异黄酮含量变异范围也有所不同,种植在顺义试验站的RIL群体家系籽粒异黄酮组总含量的变异范围在1997.34μg.g-1～5151.18μg.g-1,而种植在昌平的变异范围在1729.30μg.g-1～4666.3μg.g-1,其整体表现为种植在顺义的异黄酮含量明显高于昌平的群体,同样说明环境因素对于大豆RIL群体异黄酮含量有显著影响。但通过对两个地点间大豆异黄酮含量的相关分析,发现两地间RIL群体的D、GL、G、MD、MGL、MG含量和总含量之间均呈极显著正相关,表明RIL群体的异黄酮含量虽受环境条件影响较大,但遗传因素仍是决定异黄酮含量变化的主要因子,充分说明了开展大豆异黄酮含量QTLs分子标记研究是可行的。
3、大豆遗传连锁图谱的构建
选用380对SSR引物对亲本鲁黑豆2号和南汇早黑豆进行全基因组多态性筛选,共获得132个具有多态性的有效标记,其多态性比例为34.74％。利用鲁黑豆2号×南汇早黑豆构建了94个家系的F5:7RIL群体,采用筛选的多态性SSR引物初步构建了一张包括132个SSR标记,长度为1595 cM的遗传连锁图谱,标记间平均距离约12.08 cM,用于异黄酮含量的标记定位研究。
4、与大豆异黄酮含量相关的QTLs定位
大豆RIL群体在两个试验地点共检测到13个与异黄酮含量相关的QTLs,其中在顺义试验点检测到3个与异黄酮主要组分相关的QTLs,包括黄豆黄苷(GL)1个、染料木苷(G)1个和丙二酰基染料木苷(MG)1个；在昌平试验点下检测到4个与异黄酮主要组分相关的QTLs,包括黄豆黄苷(GL)1个、丙二酰基黄豆黄苷(MGL)1个、和异黄酮总含量(TIF)2个。所检测到的QTLs分别位于第1、2、3、9、16和20号染色体上,表型贡献率为11.72％～21.58％。两个试验地点的数据平均以后检测到6个与异黄酮主要组分相关的QTLs,包括黄豆苷(D)1个、黄豆黄苷(GL)1个、染料木苷(G)2个、丙二酰基黄豆苷(MD)1个和丙二酰基黄豆黄苷(MGL)1个,分别位于第1、7、9、17和20号染色体上,表型贡献率为11.42％～15.08％,总贡献率达到了79.57％,其中在Satt458～Satt372区间定位到与MD相关的QTL,其表型遗传解释率达到15.04％,在Satt240～Sat_293区间定位到与G含量相关的QTL,其表型遗传解释率也达到13.83％,在20号染色体(LG I)上的Satt571～Satt270区间定位到与MGL,含量相关的QTL,其表型遗传解释率也达到15.08％。在顺义、昌平以及两地数据平均后均检测到与黄豆黄苷(GL)相关的QTL1个,其表型贡献率分别为12.38％、11.83％和12.62％。