东北大豆种质群体百粒重QTL-等位变异的全基因组解析

摘要：

[目的]对东北大豆种质群体百粒重性状进行全基因组关联分析,全面解析中国大豆主产区百粒重QTL-等位变异遗传构成,为东北地区大豆籽粒大小遗传改良提供理论基础.[方法]以东北地区育种和生产上常用的290份大豆材料作为试验群体,于2013和2014年在东北第二生态亚区的克山、牡丹江、佳木斯和长春4个地点进行百粒重表型鉴定试验.利用RAD-seq方法对试验群体进行基因组测序分析,对原始SNP数据进行过滤及填补缺失数据后,最终获得了82966个高质量的SNP标记.根据限制性两阶段多位点全基因组关联分析(restricted two-stage multi-locus genome-wide association analysis,RTM-GWAS)方法,首先构建获得15546个具有复等位变异的SNPLDB标记,然后使用两阶段多位点模型对百粒重性状进行全基因组关联分析.对检测到的百粒重关联SNPLDB标记位点附近(50 kb范围内)的基因进行分析,根据基因内SNP与SNPLDB标记位点之间关联性的卡方测验,筛选可能与百粒重性状相关的候选基因并进行功能注释.最后基于检测的百粒重QTL-等位变异体系分析了不同熟期组材料间的遗传分化.[结果]试验群体百粒重变异范围为18.3—20.7 g,性状遗传率为92.3％.RTM-GWAS方法共检测到76个与大豆百粒重性状关联的SNPLDB标记位点,其中15个位点主效不显著,另外61个主效显著位点解释了65.40％的表型变异;68个与环境互作效应显著的位点解释了17.46％的表型变异,另外8个位点与环境互作效应不显著.在检测到的76个位点中有34个位点与已报道的30个百粒重QTL重叠,另外42个位点为本研究新检测百粒重位点.基于检测的SNPLDB标记位点,共筛选到137个百粒重相关候选基因,功能注释显示这些候选基因不仅参与大豆百粒重的调节,还参与了初级新陈代谢、蛋白质修饰、物质运输、胁迫响应和信号转导等.对各熟期组间QTL-等位变异的遗传分化分析显示,尽管熟期组间百粒重差异不明显,但其QTL-等位变异遗传结构却发生了新生和汰除的变化.[结论]RTM-GWAS方法能相对全面地解析东北大豆种质群体百粒重QTL-等位变异遗传构成.东北大豆种质群体百粒重由大量QTL调控,且QTL与环境互作效应大,QTL存在丰富的复等位变异.由RTM-GWAS方法建立的QTL-等位变异矩阵为群体遗传及演化研究提供了新工具.

关键词：大豆、百粒重、限制性两阶段多位点全基因组关联分析、QTL-allele矩阵、候选基因

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资助基金：国家自然科学基金;国家作物育种重点研发计划;长江学者和创新团队发展计划;教育部111项目;中央高校基本科研业务费项目;农业部国家大豆产业技术体系CARS-04、江苏省优势学科建设工程专项、江苏省JCIC-MCP项目

在线出版日期：2020-06-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：1717-1729,中插1-中插3