大豆产量相关性状的标记开发与应用

发布时间：2020-04-24 09:27

【摘要】：大豆是我国重要的粮食和经济作物,我国大豆的总产量因受进口大豆的冲击、国家的粮食种植政策以及大豆单产偏低的多重影响,总产量远远达不到消费的需求。在大豆种植面积不能大幅度扩增的条件下,如何提高大豆的单产,是大豆育种者急需解决的问题。大豆的产量与大豆农艺性状有着密切的关系,许多学者都做了相关方面的研究,结果表明影响产量的性状多数为数量性状。大豆子粒性状包括粒长、粒宽、粒厚,它的指标对单株粒重、荚粒重量、百粒重等直接影响大豆产量的农艺性状起了决定性的作用。然而目前针对大豆子粒性状的相关研究很少,很多标记和区段并不能切实有效的利用到分子辅助育种当中。针对这一问题,本论文利用以往试验数据和近几年的田间试验结果,对影响大豆粒长、粒宽的标记位点和染色体区段进行了分析和验证。通过以美国半矮秆大豆品种Charleston为母本,东北农业大学高蛋白大豆品种东农594为父本及后代重组自交系的147个株系为试验材料,从2006年到2016年种植,获得了9年的粒长、粒宽考种数据。利用南京农业大学盖钧镒院士课题组开发的SEA软件对数据进行了遗传分析,通过试验对大豆子粒性状遗传进行主基因+多基因混合遗传模型分离分析,进一步研究大豆子粒性状的遗传规律,利用已构建的SSR与SNP遗传图谱开发大豆粒长、粒宽标记,利用大豆全基因组导入系群体对标记进行验证。结果如下:试验材料为RIL群体个体147个,2006-2007年2次重复,2008-2010年、2013-2016年3次重复,田间管理方式同一般大田。收获时从每行中间区段随机选取5株长势一致的材料,每株选取有代表性的10粒种子进行粒长、粒宽考种测量,考种标准参考邱丽娟等人方法(邱丽娟和常汝镇,2006)。数据统计完成后采用3σ原则筛除异常数据,用EM法对数据进行填补,利用Excel电子表格计算最大值、最小值、平均值、峰度、偏峰等基本统计量。从结果表明粒长最大值出现在2009年,最大值为8.9毫米;粒长最小值出现在2009年、2014年,最小值都为5.9毫米,平均值在6.5-7.3毫米之间;粒宽最大值出现在2009年,最大值为6.0毫米,最小值出现在2008年,最小值为4.6毫米,平均值在5.6-6.8毫米之间。粒长、粒宽总体呈现典型数量遗传模式,近似正态连续分布可以进行数量性状遗传分析。利用SEA软件对9年的考种数据进行遗传分析,共获得360个遗传模型,其中最适模型18个,粒长性状有5个年份模型符合2主效基因遗传;有3个年份主基因遗传率较高,4个年份主基因遗传率中等,2个年份主基因遗传率较低。粒宽性状有2个年份模型符合2主效基因遗传;有1个年份主基因遗传率较高,4个年份主基因遗传率中等,3个年份主基因遗传率较低。总体来看粒长、粒宽性状按2对主基因+多基因模型遗传时,以中等遗传率遗传,可以进行互作标记开发研究。基于自主构建的SSR与SNP遗传图谱,利用自主开发的互作分析软件GI(Gene interaction V1.1)进行分析,开发得到了可能影响粒长性状的SSR互作标记11对,粒宽性状SSR互作标记6对,开发的标记主要分布在2、3、4、6、9、10、13、15、17、18号连锁群;同时开发得到了可能影响粒长性状的SNP互作标记286对,粒宽性状SNP互作标记347对,开发的标记主要分布于1、2、3、5、6、9、12、13、17、18号连锁群。为能够在实际分子辅助育种过程中,切实有效的使用所发现的标记位点,本研究使用含有野生大豆导入片段的213个株行个体为实验材料对SNP互作标记位点进行了验证,结果表明有6对SNP互作标记落在了导入系片段Block1655、Block1659、Block3322区段里,结合表型数据进行计算发现Block3322导入片段的有无可以导致粒宽变化,当显著性水平在0.01时粒宽性状变化达到极显著。证明Block3322导入片段所包含的标记Mark472095与Mark500836的基因型可以直接表征出粒宽的性状特征,这对分子辅助育种的实际应用具有重要指导意义。本实验验证的个体是栽培大豆与野生大豆杂交和回交后不同世代的遗传个体,这两个标记可以直接区分个体的籽粒宽度,而且在不同个体上胡符合度很高。因此Mark472095与Mark500836可作为与产量相关标记应用于高产大豆品种的选育。研究结果对分子辅助育种具有重要的实际应用价值。
【图文】：

图谱,R基因,模糊带,稳定遗传

图 2-1 大豆遗传图谱（引自陈庆山，2005[77]）Fig.2-1 Soybean genetic map(cite from Qshchen, 2005)高密度 SNP 标记来源试验材料亲本东农 594 和 Charleston 之间的差异及 147 个稳定遗传的 R基因组简化测序共得 5308 个 SNP 位点（齐照明，2014）[81]。标记记带 Charleston（♀）带型记为 1，，来源于东农 594（♂）带型记为 2，双亲杂或模糊带型记为 0。

遗传图谱,全基因组,连锁群,总图

亲本间共检测到 580524 个适用于 BCsFt 且亲本深度不低于 4X 的 SNP 标记，划 bin 后上图bin 有 3196 个，总上图 SNP 523805 个。20 个连锁群中总图距 613.228cM，平均图距 0.19cM通过已知信息将 Bin 分为 20 个连锁群，以连锁群为单位，采用 HighMap 软件分析获得连锁群内 Marker 的线性排列，并估算相邻 Marker 间的遗传距离，最终得到总图距为613.228cM 的遗传图谱（图 2-2 所示）。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S565.1

【参考文献】