基于全基因组关联分析的大豆异黄酮组分基因克隆与功能鉴定

发布时间：2020-08-26 04:17

【摘要】：异黄酮不仅参与调控植物的生长发育和逆境防御过程,同时在保护人体健康方面发挥着重要的作用。大豆是天然异黄酮的主要来源,为了满足市场对大豆异黄酮的需求,高异黄酮含量的大豆品种选育成为育种人员的重要目标之一。因此,本研究于2015、2016年在哈尔滨,长春和沈阳3个地点对180份大豆种质资源的异黄酮及其组分大豆黄素、黄豆黄素、染料木素含量进行评价,并利用高密度SNP图谱进行全基因组关联分析,挖掘不同环境下大豆异黄酮组分性状的遗传位点、预测控制异黄酮组分含量的优异等位基因,并对候选基因进行克隆及功能的初步研究。为选育优质大豆新品种提供理论依据。研究结果如下:1.多环境大豆种质资源籽粒异黄酮含量的测定与分析大豆异黄酮组分含量在不同地点、不同年份的表型值均表现为连续单峰分布,基本符合正态分布特点;在不同环境下3种异黄酮组分的变异系数大小受环境、年份影响较小;总异黄酮与大豆黄素、黄豆黄素、染料木黄素间呈极显著正相关;高异黄酮品种中豆27和低异黄酮品种九农20的异黄酮3种组分积累量增减幅度各有差异,但在不同品种间异黄酮动态积累变化趋势基本一致。2.大豆种质资源籽粒总异黄酮及其组分含量的全基因组关联分析共检测到了244个与异黄酮含量相关的SNP位点,位于8号染色体上的SNP位点rs42031764同时控制总异黄酮和大豆黄素含量,并且在多个试验点重复检测到,是控制大豆异黄酮含量的重要位点;选取与关联位点距离小于20Kb的14个候选基因,其中候选基因Glyma.08G309500和Glyma.08G310300表达量模式在中豆27和九农20的差异较大,基因注释分别为蛋白激酶和锌指结构,推测这2个基因可能参与异黄酮的合成。3.候选基因Glyma.08G309500和Glyma.08G310300初步功能鉴定转Glyma.08G309500基因过表达根中异黄酮含量显著高于野生型对照,转Glyma.08G310300基因过表达根中异黄酮含量与对照相比差异不显著,推测候选基因Glyma.08G309500具有提高大豆异黄酮含量的功能;且转Glyma.08G309500基因敲除靶点的毛状根中异黄酮含量显著低于对照,转Glyma.08G310300基因敲除靶点的毛状根中异黄酮含量与对照差异不显著,进一步明确Glyma.08G309500基因可能参与大豆异黄酮的合成过程。4.Gm MPK20-6基因功能鉴定根据基因序列比对,Glyma.08G309500基因与拟南芥At MPK20基因同源性较高,因此,将Glyma.08G309500基因命名为Gm MPK20-6基因,生物信息学预测发现Gm MPK20-6基因与逆境和胚乳合成有关。通过根癌农杆菌子叶节法转化大豆受体东农50,得到3个T3代转基因稳定株系,3个转基因株系籽粒的总异黄酮含量、大豆黄素、染料木素均极显著高于对照组,说明Gm MPK20-6基因在大豆籽粒异黄酮合成中起到正调控作用;3个转基因株系抗病性明显高于对照,推测Gm MPK20-6基因可能通过调控异黄酮含量来提高大豆对生物胁迫的抗性。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S565.1
【图文】：

标准样品 供试样品Standard sample Testing samples图 2-1 大豆异黄酮高效液相色谱图Fig. 2-1 HPLC chromatograms of soybean isoflavone content外标法测定并计算供试样品中异黄酮各组分含量，供试样品色谱图（如 个峰的保留时间是 8.3 min，第 2 个峰的保留时间是 9.8 min，第 3 个 12.4 min，经与标准样品峰型保留时间比较，供试样品和标准样品的峰吻合，即色谱图中 3峰型依次分别大豆黄素、黄豆黄素和染料木黄素。种质资源总异黄酮和其组分的表型值分布特点 2015 年和 2016 年分别种植在哈尔滨市、长春市、沈阳市 3 个试验点质资源异黄酮组分进行测定，并分析其表型值分布情况，由直方图（图以看出，由 180 份种质资源组成的自然群体在大豆种子大豆黄素、黄木黄素和总异黄酮组分四个性状均呈连续单峰分布，基本符合正态分布

图 2-2：2015年 3个试验点大豆籽粒总异黄酮及大豆黄素、黄豆黄素、染料木素含量分Fig.2-2 Distribution of total isoflavone anddaidzein, genistein and glycitein in 180 soybean seedthree experimental sites in 2015

图 2-3：2016年 3个试验点大豆籽粒总异黄酮及大豆黄素、黄豆黄素、染料木素含量分布Fig.2-3 Distribution of total isoflavone and daidzein, genistein and glycitein in 180 soybean seeds atthree experimental sites in 2016.3 大豆种质资源异黄酮组分的变异比较对 6 个测试环境（2015 和 2016 年哈尔滨、长春和沈阳试验点）获得的 180 份大豆资源异黄酮 3 种组分及总异黄酮进行了变异分析可知（表 2-2）。3 种主要异黄酮由高到低依次为染料木素、大豆黄素、黄豆黄素，该趋势在不同地点、不同年不同品种间保持不变。从各试验地点分析结果表明，3 种异黄酮组分的变异系数在地点呈现相同的变化趋势，即大豆素的变异系数最高，其次为染料木素，变异系数的黄豆黄素，在不同环境下 3 种异黄酮组分的变异范围差异较小，变异系数大小境、年份影响较小。在 6 个测试环境条件下，发现黄豆黄素，3 个地点的均值较为接近；对于大豆黄素料木素而言，在哈尔滨试验点大豆黄素和染料木素含量相对较高，而沈阳试验点

【参考文献】

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本文编号：2804678