大豆粒形相关性状的连锁分析和关联分析(2)
大豆籽粒状包括籽粒大小与形状性状。一般认为种子形状是由粒长、粒宽和粒高决定的，影响种子作物产量的首要因素是百粒重，同时，粒形也是农产品外观品质的重要指标之一。大豆籽粒遗传基础复杂，是典型的数量遗传性状。籽粒性状的研究对作物高产育种具有重要的指导意义。粒长是指籽粒沿种脐方向平行的最大距离，粒宽是指籽粒沿种脐方向垂直的最大距离，粒高是指籽粒顶部到底部的最大距离[13]。长宽比、长高比和宽高比性状表型值则以各材料粒长、粒宽、粒高测量值分别计算得到。
大豆籽粒性状的研究对作物高产育种具有重要的指导意义，但是由于大豆籽粒遗传基础复杂，是典型的数量遗传性状，所以目前对大豆籽粒粒形的分子机制的研究还未见报道。
连锁分析研究进展
根据soybase数据库公布的数据（http://www.soybase.org/），已经定位了18个粒长QTL，16个粒宽QTL， 14个粒高QTL，以及11个籽粒体积QTL和230个粒重QTL。陈强（2014）以冀豆12×黑豆杂交后代216个重组自交系为材料，构建了包含20个连锁群，163个SSR标记的遗传连锁图谱。检测到粒形相关QTL29个，贡献率大小为5.07%～14.76%，增效基因分别来自冀豆12和黑豆，其中，有11个QTL在多环境下稳定表达[14]。梁慧珍等（2013）利用以晋豆23和黑豆衍生的447个RIL群体所构建的SSR遗传图谱，利用复合区间作图法（Composite Interval Mapping，CIM）Windows QTL Cartographer V2.0对大豆粒形性状进行了QTL定位研究，检测出33个大豆粒长、粒宽、粒高、长宽比、长高比和宽高比的QTL，分别位于A1、B1、B2、D1a、D2、F_2、G、I、J_2和O染色体上[15]。而后运用QTL Network 2.0软件对影响大豆粒形的加性效应QTL进行检测，定位出1个粒长、1个粒高、2个长宽比、2个长高比、1个宽高比共7个QTL，对5个性状的贡献率分别为5.77%、14.41%、23.61%、19.59%和13.16%。粒长同时定位在D2染色体上，定位区间satt488—satt461，粒高、长宽比、长高比、宽高比同时定位在O染色体上，粒高、长高比、宽高比的定位区间为sat_038—satt153。粒长、粒高、和长高比分别定为在 D2、O和J染色体上，长宽比定位在O染色体上[16]。张继雨等（2016）以东农46和L-100构建的重组自交系群体(RILs)为试验材料，利用2013 和2014年分别在哈尔滨、呼兰、阿城3个地点共6个环境的数据对不同世代的遗传群体粒形进行单环境QTL分析及多环境联合检测。结果表明: 单环境QTL分析中，检测到13个与粒形相关的QTL，位于第5、9、12、15及18连锁群上，其中粒长QTL2个，表型变异贡献率为21.61%～26.81%，粒宽QTL5个，表型变异贡献率为7.28%～18.38%，粒高QTL6个，表型变异贡献率为10.19%～18.44%。位于Sat_122～Satt052标记区间的QTL位点在粒长及粒高中都被检测到，位于Sat_119～Satt588、Satt192～Satt568及Sat_401～Satt192标记区间QTL位点在粒宽及粒高中同时被检测到，存在一因多效性。多环境联合分析中，共检测到15个与粒形相关的QTL。并且有9个QTL位点在单环境及多环境联合检测中均被检测到，表明这些QTL表达较为稳定。研究共获得1个粒长QTL(Sat_122～Satt052)、1个粒宽QTL(Satt192～Satt568)及2个粒高QTL(Satt192～Satt568，Sat_401～Satt192) [17]。
关联分析研究进展
相较于连锁分析，关联分析在大豆粒形性状定位的应用中起步较晚。刘晓芳（2010）利用135个SSR标记对215份大豆地方品种进行全基因组扫描，获得群体SSR数据，继而运用STRUCTURE软件、采用Evanno等提出的ΔK准则进行群体结构分析，再利用PowerMarker3.0软件对群体进行遗传多样性分析，135个SSR标记共产生了890个等位变异，平均每个位点为6.59，变化的范围是1～26.有效等位基因数Ae的变化范围是1.00～17.64，平均每个位点3.46。观测基因杂合度H0的变化范围是0～0.31，平均每个位点0.01，PIC的变化范围是0.02～0.94，平均每个位点0.52，稀有等位基因变化范围是0～88，平均为13.27。运用经验贝叶斯方法检测到与大豆粒形及百粒重相关的主效位点31个（LOD≥2.5，P＜0.05），分别为粒长2个，粒宽4个，粒高6个，长/宽1个，宽/高7个，长/高5个，百粒重6个，其中5个位点同时与多个性状相关，上位性位点30对，其中百粒重为29对，粒长为1对，效应均为极显著水平。利用TASSEL软件定位到相关位点（次）168个（P＜0.05），分别为粒长26个，粒宽32个，粒高28个，长/宽18个，宽/高22个，长/高17个，百粒重25个，其中86%的位点同时与多个性状相关，可能是性状相关乃至一因多效的遗传基础[18]。牛远等（2013）在溧水中子黄豆×南农493-1衍生的504个F2:6家系中选择Satt331~Satt592目标区间7个杂合单株和168个重组单株，衍生成356株 RHL-F2个体和168个重组体家系。采用lasso和复合区间作图(CIM)法检测3个群体粒形性状2种指标的QTL。结果表明，lasso法检测到的粒长关联标记是O19和S21/Satt331，而CIM检测到的QTL区间是S21~S22和O23~O19，lasso法检测到的粒宽关联标记是O19/O21，而CIM检测到的QTL区间是O23~O19/O19~O21，长宽比与S21~S22关联是由于粒长QTL引起的，与O23~O19/O19~O21关联是由于粒长和粒宽QTL引起的。将原Satt331~Satt592目标区间的粒长QTL分为与标记S21~S22和O23~O19/O19~O21关联的2个多效性QTL。根据大豆基因注释数据库，还推测Glyma10g35240和Glyma10g34980可能是控制粒形性状发育的候选基因[19]。耿青春（2014）选取稀有频率大于5%的32916个SNP标记信息与286份大豆种质的大豆籽粒大小与形状性状进行全基因組关联分析，在显著水平为log10P≥5.82时，2008～2013优尔年重复共检测到与粒长、粒宽和粒高显著关联的SNP标记为33、86个和69个。利用最小二乘法剖析了355个SNP标记的效应，挖掘出携带优异等位基因的代表性材料，基于共同检测到的193个SNP标记关联到162个大豆候选基因，其中25个SNP关联标记在23个基因内部。通过对候选基因进行GO富集分析和比较基因組学分析，挖掘了7个可能调控大豆籽粒大小与形状性状的基因：Glyma04g25590、Glyma04g37760、Glyma11g15480、Glyma11g15490、Glyma17g18040、Glyma17g34330及Glyma14g24660[20]。
下一篇：转基因拟南芥突变体表型分析