大豆蛋白质含量的遗传变异及QTL定位

【摘要】：大豆蛋白质含量为40%左右,是人类最重要的植物蛋白来源。大豆蛋白质一直是我国大多数人饮食的重要组成部分,此外它还可作为牲畜饲料和轻工业、医药、保健品的原料,国内外市场对于大豆蛋白质的需求逐年上升,因此提高大豆蛋白质含量一直是大豆品质育种的重要研究方向。本实验室以黄淮海主栽品种中黄13作为轮回亲本,78份大豆微核心种质为供体亲本,构建了回交导入系群体。本研究在此工作的基础之上,利用78份大豆微核心种质,采用NIR检测方法,分析了大豆籽粒的蛋白质含量差异,探讨微核心种质蛋白质含量的遗传变异特性及其与主要农艺性状的相关性;在构建的回交导入系群体中选择双亲间蛋白质含量有显著差异的4个组合中黄13×中黄20、中黄13×东山69、中黄13×迟黄豆-1和中黄13×泰兴牛毛黄乙,分析其杂交F_2及回交BC_1F_2、BC_2F_2世代蛋白质含量的遗传变异规律;并从4个组合中选择分子标记多态性较好的组合中黄13×东山69,利用性状–标记间的单向方差分析法和卡方测验法检测其BC_2F_2随机群体及选择回交导入群体中影响大豆蛋白质含量的QTL位点,主要研究结果如下: 1.微核心供体蛋白质含量差异及其与主要农艺性状相关性 78份微核心种质的蛋白质含量存在极显著的差异,变异幅度为40.68%～50.03%,平均含量为45.95%,变异系数为4.42,遗传变异度较大; 蛋白质含量与脂肪含量呈极显著负相关(r=-0.8247),与底荚高度呈极显著正相关(r=0.2397),与单株荚数呈显著负相关(r=-0.1556),与单株粒数呈极显著负相关(r=-0.2054)。 2.蛋白质含量在F_2、BC_1F_2和BC_2F_2中的遗传变异规律分析 双亲蛋白质含量高且供体亲本蛋白质含量显著高于轮回亲本的组合,其杂交F_2及回交BC_1F_2、BC_2F_2后代的蛋白质平均含量及超轮回亲本个体比例高于其他组合方式;F_2、BC_1F_2和BC_2F_2蛋白质含量的变异系数依次降低,BC_2F_2的蛋白质含量接近于轮回亲本;在同一组配方式中,双亲蛋白质含量差异越大,其后代蛋白质含量的变异系数和变异幅度越大;蛋白质含量在各F_2群体内呈正态分布,在双亲蛋白质含量高的组合中,其BC_1F_2群体呈偏态分布,但在BC_2F_2群体恢复了正态分布。 3.随机群体和极端选择群体基因型分布及偏分离位点统计 在P≤0.01水平下,随机群体、双向选择群体、正向选择群体和负向选择群体4种群体基因型分离比与理论分离比有显著差异,呈极显著偏分离在BC_2F_2随机群体中,筛选的90个有效标记中有56个标记的基因型呈极显著偏分离(P≤0.01),占标记总数的62.20%,它们分布在除了A2、E、L之外的其他17个连锁群上,其中48个位点偏向轮回亲本中黄13,另外8个位点偏向供体亲本东山69。 4.利用单向方差分析和卡方测验检测影响随机群体和极端选择群体蛋白质含量的QTL (1)单向方差分析QTL定位结果 利用性状–标记间单向方差分析法在随机群体中检测到影响蛋白质含量性状的QTL共10个(P≤0.05),其中位于D1b和J连锁群上的Satt282和Satt712,与其连锁的QTL所能解释的表型变异分别达13.55%和13.85%,加性效应分别为0.30和0.22,显性效应分别为-1.61和0.63,显性度分别为-5.37和2.86,基因作用方式分别为负向超显性和正向超显性。双向选择群体中检测到9个位点,其中位于C1、C2、D1b、F和J连锁群体上的Sat_077、Sat_202、Satt282、Satt146和Satt712等5个位点与随机群体中检测到的位点一致,其中位于D1b和J连锁群上的Satt282和Satt712效应最大,F值达到7.8和11.61,与其连锁的QTL能解释的表型变异高达21.40%和28.82%。 (2)卡方测验QTL定位结果 分别以BC_2F_2群体的理论分离比和随机群体的基因型分离比为适合性比例对极端选择群体进行卡方测验,所得到的检测结果截然不同,在用随机群体的基因型分离比校正后,检测的效率和精度都有大幅度提高;双向选择群体检测到的QTL位点中的Sat_202、Satt301、Sat_074和Satt146等4个位点与随机群体单向方差分析法检测到的位点一致;正向选择群体到的Satt250和Satt485与随机群体单向方差分析法检测到的位点一致;负向选择群体检测到的Sat_202、Satt170、Satt282、Sat_074和Satt146等5个位点与随机群体单向方差分析法检测到的位点一致。 (3)极端选择群体检测效率 负向选择群体的检测效率高于双向和正向选择群体;单向方差分析对双向选择群体有一定的应用价值,而卡方测验法更加适合于单向选择群体的QTL检测。