高密度大豆遗传连锁图谱构建与异黄酮主要组分QTL定位

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大豆异黄酮作为一种次生代谢产物,因其对人类和植物具有重要的生理功能而备受关注。随着分子标记和测序技术的发展,异黄酮的定位研究越来越广泛。本文选用96份代表性大豆种质为材料,采用HPLC法检测异黄酮主要组分含量,利用主成分分析和多元线性回归分析等方法预测和评价大豆异黄酮主要组分的含量变化;以异黄酮含量显著不同的鲁黑豆2号×南汇早黑豆构建的重组自交系群体(RIL F5:7-8)为材料,采用高通量测序技术构建高密度遗传连锁图谱,定位与异黄酮主要组分相关的QTL;此外,针对大豆微核心种质,采用SSR和SNP分子标记技术,经连锁不平衡(LD)的关联分析,定位与异黄酮主要组分相关的基因热点区域,并结合QTL定位的结果,寻找稳定调控异黄酮合成的关键基因位点,为异黄酮分子标记辅助育种提供指导。主要研究结论如下:1.代表性大豆种质异黄酮主要组分的多元统计分析96份代表性大豆种质的异黄酮总含量的变化范围1154.47~6360.29μg.g-1,其变异系数范围33.07~42.42%,遗传变异十分丰富。异黄酮总含量和各组分含量在品种间、年份间均存在极显著差异,且年份间的相关性均为极显著正相关,表明异黄酮含量虽然受环境因素影响较大,遗传因素仍是主要影响因子。异黄酮甙元与其相对应的组分间均为极显著正相关,相关系数均在0.897以上,表明异黄酮各组分在籽粒中的积累是相辅相成的,同一异黄酮甙元形式的组分受相同关键酶的控制。另外,经过两年多重复分析,筛选出2个高异黄酮含量种质,平顶黑(6360.29μg.g-1)和PI594399(5825.02μg.g-1),2个低异黄酮含量种质,克北1号(1154.47μg.g-1)和牡丰1号(1188.13μg.g-1),可为大豆异黄酮育种提供服务。通过大豆农艺性状、品质性状与异黄酮总含量的相关分析,筛选出与异黄酮含量显著相关的8个性状:株高、有效分枝、单株荚数、单株粒数、亚油酸、亚麻酸、油酸和脂肪。以此为自变量,异黄酮总含量为因变量做多元统计回归分析,得到回归方程y=-1875.217+20.273×株高+385.564×亚麻酸,认为株高和亚麻酸对异黄酮含量有显著的正向影响,对指导异黄酮育种具有重要意义。2.采用基因图谱方法定位与异黄酮主要组分相关的QTL利用161个SSR标记,构建了一张长度为3546.54cM的大豆遗传连锁图谱A,结合四个环境下的异黄酮表型数据,定位到与异黄酮主要组分相关的加性QTL14个,其表型遗传解释率12.09~33.07%。其中3个标记区间,Sat003—Satt306、Satt070—Satt122和Satt571—Satt270在多环境和多种定位方法下均被检测到。利用SLAF-seq技术构建了包含5785个SLAF标记,总图距为2255.18cM的大豆高密度遗传连锁图谱B,其标记之间的平均遗传图距为0.39cM。在四个环境下共定位到与异黄酮主要组分相关的加性QTL110个,表型遗传解释率3.65~36.48%。其中19个QTL在不同环境条件下重复出现,其表型遗传解释率6.97~26.29%,且有6个QTL在多环境条件下被检测到与同一异黄酮组分相关。3.采用关联分析方法定位与异黄酮组分相关的关键热点区域以大豆微核心种质为材料,采用TASSEL软件中GLM和MLM两种方法,对湖北、广西两个试验点的异黄酮主要组分含量进行关联分析。结果表明:两种方法在湖北试验点检测到17个位点与异黄酮主要组分相关,而在广西试验点检测到22个位点与异黄酮组分相关。其中有3个位点(BARC-027478-06590、BARC-021937-04237和BARC-044609-08738)在湖北和广西两个试验点被同时检测到。4.不同大豆群体和标记方法定位的异黄酮关键位点比较通过SSR和SNP标记定位结果分析发现,在E1环境中图谱A定位到与MGL和GLE相关的标记Satt571(Gm20,1291809—1291850bp)位于由图谱B定位到与DE、TIF和TIFA相关的标记区间Mark934616—Mark970087(Gm20,1249866—1317563bp)内,证明该QTL对调控异黄酮合成具有重要作用。通过关联分析与连锁分析比较发现,在14号染色体上经关联分析获得的与异黄酮组分(MG)极显著关联的标记位点BARC-014285-01304位于与MG连锁的标记区间Mark545859—Mark575406和Mark542666—Mark577437内,说明14号染色体上可能存在调控MG合成的关键基因。另外,在13号染色体上与GL关联的标记位点BARC-043173-08548位于与GL连锁的标记区间Mark136063—Mark174156内,表明该区间可能存在调控GL合成的重要位点。
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