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大豆[Glycine Max（L.）Merr.]是我国重要的粮食和油料作物,为动物和人类提供必要的蛋白和氨基酸。随着人们生活水平的提高,对营养品质的要求也逐渐提高。大豆中蛋白含量约为35～42%,但是其中含硫氨基酸（甲硫氨酸Met、半胱氨酸Cys）的含量较低,尤其是甲硫氨酸,所以提高大豆中含硫氨基酸的含量是改善大豆营养品质的关键环节之一。大豆起源于我国,我国具有丰富的大豆种质资源。但是由于大豆蛋白含量易受环境和遗传因素的影响,传统的基于表型选择的育种方法在蛋白含量改良方面进展缓慢。因此,一些育种家将注意力集中在分子标记辅助选择育种（MAS）上,利用分子标记挖掘与研究性状相关的数量性状位点（QTL）。本研究为了挖掘与含硫氨基酸相关的遗传位点,利用含有184个家系的重组自交系群体NJRIKY和含有262份栽培大豆的自然群体对与含硫氨基酸相关的多个性状进行连锁分析和全基因组关联分析,并对鉴定到的相关候选基因进行功能验证以分析其在大豆含硫氨基酸合成过程中所起的作用。主要研究内容及结果如下:1.利用科丰1号和南农1138-2为亲本构建的重组自交系群体NJRIKY对大豆球蛋白（11S）、β-伴大豆球蛋白（7S）、11S+7S（SGC）、11S/7S（RGC）3 年数据连同其平均值作为一个单独的环境进行QTL分析。利用两个不同的软件WinQTLCart 2.5和QTLNetwork 2.0对加性QTL和上位性QTL进行鉴定。结果表明:两个软件一共鉴定到36个加性QTL和3对上位性QTL,有5个主要的染色体区段包含有多个QTL;在3对上位性QTL中有2个QTL（q11S-6-5、q11S-20-3）与加性QTL定位结果一致,这表明这些QTL既具有加性效应又具有上位性效应;结合编码大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的基因发现,在RGC和SGC相关的标记区间sat418-satt650和sat196-sat303中包含编码β-伴大豆球蛋白亚基的基因,在与11S、7S和SGC相连锁的标记sat318附近存在1个编码大豆球蛋白亚基的基因。这部分研究将上位性QTL考虑在内,有助于我们对11S和7S调控机制的理解,为大豆品质相关性状的分子标记辅助育种及营养品质的提高提供了理论基础。2.利用 NJRIKY 群体对 Met/PC、Cys/PC、Met+Cys/PC（SAA/PC）及蛋白含量（PC）2年数据连同其平均值作为一个单独的环境进行QTL分析。结果显示:该群体中这4个性状均表现出广泛的变异,其分布近似正态分布;性状遗传力在14.76～73.90%之间,其中蛋白含量的遗传力最高;相关性分析发现Met/PC、Cys/PC这两个性状与SAA/PC呈显著正相关,与PC呈显著负相关,它们彼此呈显著正相关;QTL分析共鉴定到35个相关的QTL,其中包括4个主要的基因组区段,分别分布于3、8、1 1和20号染色体上。3.测定了 262份栽培大豆的Met/PC、Cys/PC、Met+Cys/PC及PC,并利用本实验室开发的高密度SNP芯片对这4个性状进行全基因组关联分析。结果表明:该群体中性状之间的相关性与NJRIKY中的相关性分析一致,且PC的广义遗传力最高,达到68.40%;关联分析检测到与Met/PC、Cys/PC、SAA/PC、PC显著相关的SNP分别为111、14、65、123个,共涉及到263个SNP,主要分布于4、7、8、12、16和17号染色体,并形成显著的SNP簇;通过比较连锁分析和关联分析的结果,发现在3号和10号染色体各有1个区段在这两个结果中都被检测到;查看这两个区间中包含的基因鉴定到1个候选基因Glyma03g28530,它编码含硫氨基酸通路上关键酶胱硫醚β-裂解酶。4.对鉴定到的候选基因 Glyma03g28530（GmCBL1）和它的同源基因Glyma1 9g31280（GmCBL2）进行功能验证。这两个基因在大豆的所有组织中都有表达,在幼嫩的荚中表达量最高,其次是在根中。对大豆幼苗进行干旱、低温、盐和ABA处理发现,GmCBL1和GmCBL2基因表达受胁迫诱导。为了验证它们在大豆含硫氨基酸合成过程中的作用,将它们在毛状根中分别过表达,结果发现过表达GmCBL1的毛状根中Met和Cys含量都得到了显著提高,过表达GmCBL2的毛状根其Met含量显著提高,说明这两个基因对大豆含硫氨基酸的合成至关重要。利用酵母双杂交技术鉴定鉴定到1个编码β-伴大豆球蛋白α亚基的基因Glyma20g28660和bHLH转录因子家族的基因Glyma06g09670与GmCBL1互作,这也说明大豆中11S、7S的含量与含硫氨基酸之间也存在着一定的联系。对GmCBL1和GmCBL2基因启动子序列分析发现,在靠近基因ATG的3’端序列相对比较保守,且它们都能激活GUS的表达。5.测定了 NJRIKY和262份栽培大豆中GmCBL1和GmCBL2在幼嫩荚中2年的基因表达量,并鉴定与之相关的eQTL。研究发现:GmCBL1基因表达量在两个群体均与Met/PC、Cys/PC呈显著正相关,GmCBL2基因表达量在自然群体中与Met/PC呈显著正相关,这与过表达这两个基因的大豆毛状根中含硫氨基酸含量的变化趋势是一致的。这也为它们参与大豆含硫氨基酸合成提供了又一有力证据。基因表达量在两个群体中都表现出广泛的变异,且分布近似正态分布。利用NJRIKY群体进行连锁分析,共鉴定到14个eQTL;利用自然群体进行全基因组关联分析,鉴定到198个SNP,其中有 3 个 SNP（AX-93887959、AX-93887966、AX-93974283）是在两个基因表达量的关联分析中都鉴定到的,GmCBL1表达量鉴定到位于3号染色体的SNP簇中有3个SNP（AX-93994591、AX-93698337、AX-93994607）是在 E1 和 E2 两个环境中都鉴定到的,有1个（AX-94274378）位于GmCBL1启动子区域,GmCBL2表达量在不同的环境中也鉴定到了 2个相同的SNP（AX-93974283和AX-93644909）。将连锁分析和关联分析的结果结合比较发现,GmCBL1的表达受顺式和反式eQTL的共同调控,而GmCBL2在本研究中只鉴定到了反式eQTL。