大豆油分和蛋白質(zhì)含量遺傳效應(yīng)及與環(huán)境互作效應(yīng)QTL分析.pdf

1、大豆起源于中國,是世界范圍內(nèi)重要的經(jīng)濟(jì)作物,也是重要的植物油和蛋白來源,在國民生產(chǎn)生活中具有重要作用。目前我國生產(chǎn)上高油和高蛋白大豆品種還不能滿足生產(chǎn)生活需要,迫切需要利用現(xiàn)代分子育種技術(shù)改良現(xiàn)有大豆品種的油分和蛋白質(zhì)含量。探討大豆油分和蛋白含量遺傳、QTL(數(shù)量性狀座位)定位、GE互作(基因型和環(huán)境互作)及上位性效應(yīng)對于開展大豆優(yōu)質(zhì)育種、改善大豆油分和蛋白品質(zhì)具有重要的理論及實踐意義。不同研究機(jī)構(gòu)對于大豆油分和蛋白含量的遺傳及QTL定

2、位進(jìn)行了廣泛而深入的研究,但是結(jié)果一致性較低,原因是大豆油分和蛋白含量性狀受環(huán)境條件影響明顯,以前的研究雖然分析了不同遺傳背景對大豆油分和蛋白含量QTL定位的影響,進(jìn)行了1年或2年多點實驗,但是受統(tǒng)計方法和分析軟件限制忽略了GE互作和上位性效應(yīng)。研究表明GE互作和上位性效應(yīng)對于植物表型變異影響顯著,因此,有必要分析GE互作和上位性效應(yīng)對大豆油分和蛋白含量的影響,研究作用機(jī)制,為大豆油分和蛋白優(yōu)質(zhì)育種及分子生物學(xué)研究提供必要的理論依據(jù)。而

3、且大豆油分和蛋白含量性狀都屬于多基因控制的數(shù)量性狀,對其數(shù)量性狀位點進(jìn)行分析和定位,在分子輔助育種上具有重要指導(dǎo)意義:大豆油分和蛋白含量在不同環(huán)境條件下動態(tài)穩(wěn)定能夠保證優(yōu)質(zhì)增收,但是還沒有見到關(guān)于大豆油分和蛋白含量穩(wěn)定性的相關(guān)研究,為分析大豆油分和蛋白含量穩(wěn)定性的遺傳、QTL主效應(yīng)、GE互作及上位性特性,本文利用QTL Maper1.6版本分析了大豆油分和蛋白含量的shukla方差,明確了大豆油分和蛋白穩(wěn)定性的遺傳及分子機(jī)制。
　

4、　 本研究利用源自美國大豆Charleston和中國品種東農(nóng)594雜交獲得的147個株系組成的重組自交系群體,在2007、2008年和2009年3個不同的地點對大豆的油分和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了遺傳分析;定位了控制大豆油分和蛋白質(zhì)含量的QTL;分析了大豆油分和蛋白含量的GE互作、上位性效應(yīng)和大豆油分和蛋白含量穩(wěn)定性QTL的主效應(yīng)、上位性效應(yīng)和GE互作效應(yīng)。
　　 利用P1(親本1)、P2(親本2)和RJL(重組自交系)群體世代聯(lián)合分

5、析方法,分別對三點三年的不同環(huán)境中組合的油分和蛋白含量進(jìn)行主基因+多基因混和遺傳模型分析,結(jié)果表明,大豆油分含量遺傳在2007年地點1(紅興隆農(nóng)場)、2(佳木斯),2008年地點1和2009年地點2均為多基因遺傳模型;在2007年地點及2008年地點2、地點3(哈爾濱)均為3對主基因+多基因遺傳模型,2009年地點1和3均為2對主基因+多基因遺傳模型。蛋白的各個年份地點的最適模型在2007年地點1和3為多基因遺傳模型,其它各年各點均為2

6、對主基因+多基因遺傳模型。
　　 利用符合區(qū)間作圖法(CIM)和混合區(qū)間作圖法(MIM)聯(lián)合對大豆油分和蛋白含量進(jìn)行QTL定位,互相驗證和補(bǔ)充。在三點三年共檢測到39個控制油分QTL,位于16個連鎖群,平均每個連鎖群分布2.44個QTL,其中3個連鎖群聚集了15個QTL,位于B1、C2和G連鎖群上的特定區(qū)域內(nèi),但是解釋的表型變異都很小,不能被重復(fù)檢測到;利用CIM和MIM方法共檢測到23個控制大豆蛋白含量的QTL,分布在14個不

7、同的連鎖群A1、B1、C1、C2、D1a、D1b、E、F、G、I、J、K、L和O,平均每個連鎖群分布1.64個QTL,控制大豆蛋白QTL在連鎖群C2和D1a被集中檢測到,共12個,在這2個連鎖群上可能存在較多的控制大豆蛋白含量基因。
　　 大豆油分和蛋白QTL存在明顯的環(huán)境效應(yīng)。qOIL12-1在7-3和9-1利用CIM和MIM方法聚能檢測到,在9-3利用MIM方法能夠被檢測到;qOIL3-1在7-2、9-2和9-3利用CIM和

8、MIM方法能夠被檢測到,說明控制大豆油分含量的基因能夠在同一地點不同年份間穩(wěn)定表達(dá);而qOIL2-1在2009年三個地點利用CIM和MIM方法也能夠被檢測到,說明控制大豆油分含量的基因能夠在同一年份不同地點穩(wěn)定表達(dá)。說明油分含量有明顯的環(huán)境效應(yīng),但是在特定條件下能夠檢測到在各個環(huán)境中穩(wěn)定表達(dá)的QTL。說明蛋白含量具有明顯環(huán)境互作效應(yīng);控制蛋白含量的QTL在2007年和2008年各點沒有重復(fù)出現(xiàn),說明蛋白含量受環(huán)境影響較大,但是在特定條件

9、下能夠檢測到在各個環(huán)境中穩(wěn)定表達(dá)的QTL。
　　 利用方差分析聯(lián)合累加分布方法分析表明,大豆油分和蛋白含量上位性互作普遍存在,而且存在環(huán)境互作效應(yīng)。綜合分析一點三年、一年三點和三點三年的主效、上位性效應(yīng)和環(huán)境互作效應(yīng)分析可知,主效QTL在各點各年穩(wěn)定存在,但是一致性較差,說明受環(huán)境條件影響較大。主效QTL解釋的總表型變異值均高于上位性QTL解釋的表型變異值,遠(yuǎn)大于上位性效應(yīng)和環(huán)境互作效應(yīng)解釋的表型變異值,說明,主效QTL是最主要

10、的,QTL上位性效應(yīng)和上位性環(huán)境互作效應(yīng)均存在,但是上位性效應(yīng)解釋的表型變異遠(yuǎn)大于上位性環(huán)境互作影響的表型變異,因此,在重視主效QTL同時,也要考慮QTL的上位性效應(yīng),以研究基因互作的具體機(jī)制,為分子輔助選擇提供重要的理論依據(jù)。
　　 利用三點三年數(shù)據(jù)估算的Shukla穩(wěn)定性方差對大豆油分和蛋白含量進(jìn)行了遺傳和QTL分析。遺傳分析表明大豆油分含量穩(wěn)定性的最優(yōu)遺傳模型為E-1-1,即加性上位性遺傳模型,大豆蛋白含量穩(wěn)定性最優(yōu)遺傳模

11、型為E-1-0。利用復(fù)合區(qū)間作圖法(CIM)檢測大豆油分穩(wěn)定性QTL得到4個QTL,為qOIL7-9、qOIL8-3、qOIL15-2和qOIL12-2位于染色體D1a、D1b、J和O,貢獻(xiàn)率分別為5.33％、14.61％、5.83％和5.37％,共解釋31.14％表型變異。閾值最高的QTL(3.52)解釋的表型變異也最大(14.61％),具有潛在的應(yīng)用價值:檢測大豆蛋白含量穩(wěn)定性QTL得到2個QTL,為qPRO1-6和qPRO17-2

12、,位于染色體A1和L,貢獻(xiàn)率分別為4.70％和5.73％,共解釋10.43％表型變異。大豆油分和蛋白含量穩(wěn)定性QTL都表現(xiàn)出明顯的上位性效應(yīng)和GE互作效應(yīng)。本研究鑒定到的控制大豆油分和蛋白含量穩(wěn)定性的QTL和公共圖譜上相應(yīng)的QTL有非常好的一致性,而且是控制大豆油分、蛋白、產(chǎn)量性狀及其它性狀的基因集中分布連鎖群區(qū)段,調(diào)控代謝能力較高,具有較強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境條件變化的能力,能夠保持油分和蛋白等性狀相對于環(huán)境變化的穩(wěn)定性,是非常重要的連鎖群區(qū)段