大豆生育期数量性状位点克隆及功能验证

来源 :中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:NC330201
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大豆[Glycine Max(L.)Merr.]作为重要的粮食和经济作物,其产量是生产中亟待解决问题之一。开花期作为影响大豆产量的一个重要因素,成为大豆育种的主要内容之一。本试验旨在利用不同的作图群体进行开花期QTL(Quantative trait locus)检测,从而找到目的基因,通过克隆等手段验证基因的功能,最终为大豆的开花期提供理论依据。利用TK780和H4杂交产生的重组自交系在长日照条件下进行开花期QTL检测。在E1背景下检测到了q FT-B1和q FT-H。结合两个亲本基因组的重测序结果和生物信息学技术分别找到q FT-B1和q FT-H的候选基因FL1和FL2,并进行克隆。结果表明,和H4相比,FL1基因在TK780上有单碱基的缺失,FL2基因在TK780上有单碱基的突变,从而导致了FL1和FL2的TK780基因型缺少CCT模块。通过大豆遗传转化直接证明这两个基因控制大豆的晚花性状。此外,这两个基因定位于细胞核中,且在转录水平上不仅受E1、E2、E3和E4调控,而且受生物钟的调控。利用Harosory和BR121的F2代群体在短日照条件下进行开花期QTL检测,在LG C1(Gm 04)染色体上定位到q FT-C1。通过与拟南芥的开花期基因进行比对找到唯一候选基因,Gm ELF3。通过克隆发现,与Harosory相比,BR121因为缺失10个碱基而导致提前终止,从而缺失了三个保守区域。与此同时,通过克隆不同长青春期品种的Gm ELF3基因,以及大豆遗传转化证明Gm ELF3基因就是大豆J基因。通过酵母双杂交,发现J基因能够与Gm ELF4和Gm LUX基因形成复合物。E1、E2、E3和E4在长日照和短日照条件下通过不同机制调控J基因,从而参与大豆光周期的调控。此外,我们还利用AGS292和K3杂交产生的91个重组自交系进行图谱构建和QTL分析。图谱覆盖大豆基因组2546.7厘摩,并且包含了52个新的启动子特异标记和9个外显子特异性标记。并将该群体种植在4个短日照和5个长日照条件下检测花期。在4个短日照条件下,我们一共检测到7个QTL。其中5个是和长青春期性状相关的。在五个长日照条件下,包含E2的q FT-O和包含E3的q FT-L被检测到,说明E2和E3对大豆适应长日照条件具有重要的作用。利用9个环境进行联合分析时,我们检测到9个加性QTL和9对上位性QTL,且大部分都存在与环境的相互作用。总之,一共有5个QTL(q FT-B2-1、q FT-C1-1、q FT-K、q FT-D2和q FT-F)可能代表了新的与开花期有关的QTL。本试验检测到的QTL对于丰富大豆的遗传机制具有重要作用。综上,本试创新点是以QTL定位为基础,不仅首次克隆了短日照条件下诱导大豆开花的J基因,而且克隆了拟南芥生物钟PRR基因的同源基因FL1和FL2,并通过研究证明它们参与大豆E1、E2、E3和E4构成的大豆开花期的调控网络,并通过大豆遗传转化明确了这三个基因对大豆开花期的影响。本试验的研究结果有利于丰富大豆开花期的调控途径,对大豆开花的分子机制以及分子辅助育种具有重要的意义。
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