大豆红色种皮的色素鉴定和基因定位

摘要：

[目的]揭示种子发育过程中种皮花青素(anthocyanin)的含量变化以及导致泰兴矮脚红(TXAJH)红色种皮的主要花青素成分;定位控制花青素合成积累的关键基因,为深入了解红色种皮形成的调控机制奠定基础.[方法]利用超高效液相色谱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-ESI-MS/MS)检测黄色种皮大豆绥农 14(SN14)和红色种皮大豆TXAJH不同发育阶段种皮的花青素成分与含量,分析与种皮颜色变化密切相关的花青素成分;利用 SN14 和 TXAJH 杂交构建的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体进行分离群体分组混合分析(bulked segregant analysis,BSA),初步定位红色种皮相关基因的候选区域,在此基础上,结合标记连锁分析缩小候选区间并预测红色种皮候选基因;最后通过qRT-PCR验证候选基因的表达情况.[结果]检测SN14 和TXAJH 4 个发育阶段的种皮,共发现 12 种花青素.在成分上,总花青素的聚类分析表明,TXAJH与SN14 之间以及TXAJH显色前后之间的种皮花青素组成均存在明显差异.在含量上,种子发育过程中,SN14 种皮花青素的含量逐渐下降,而TXAJH 种皮的含量迅速升高并保持稳定,种皮显色后,二者的花青素含量呈现极显著差异,在成熟阶段,TXAJH 种皮花青素的含量是SN14 的 200 倍以上.矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin-3-O-glucoside,Cy-3-glu)、芍药花素-3-O-葡萄糖苷(Peonidin-3-O-glucoside,Pn-3-glu)和牵牛花素-3-O-葡萄糖苷(Petunidin-3-O-glucoside,Pt-3-glu)是导致TXAJH种皮呈现红色的重要原因.BSA-seq关联分析将红色种皮基因的候选区间定位于第 8 染色体上,长度为 8.66 Mb.利用 27 个多态性标记进行连锁分析得到 10 种单倍型,最终将候选区间缩小至 702 kb.该区间中在亲本间存在非同义变异的基因共 37 个,其中,Glyma.08g059900编码 MYB转录因子,Glyma.08g061300和Glyma.08g063900编码 bHLH转录因子,它们可能参与花青素的生物合成调控;Glyma.08g062000编码花青素还原酶 1,可以将花青素转化为原花青素(proanthocyanidin,PA).基因表达分析结果表明,候选基因和花青素生物合成途径相关基因在SN14 与TXAJH中的表达模式相似,均为前者低于后者.种皮花青素主要成分与候选基因表达水平的关联分析结果显示二者之间存在极强的相关性.[结论]SN14 与 TXAJH 的种皮花青素组成存在差异,TXAJH 红色种皮呈现红色可能是 Cy-3-glu、Pn-3-glu 和Pt-3-glu积累的结果.预测Glyma.08g059900、Glyma.08g061300、Glyma.08g062000和Glyma.08g063900为红色种皮候选基因,其中Glyma.08g059900、Glyma.08g061300和Glyma.08g063900可能对花青素生物合成途径的多个基因产生调控作用.

关键词：大豆、种皮色、花青素、BSA-seq、基因定位、转录因子

所属期刊栏目：56

分类号：S511;Q943;S642.2

资助基金：国家重点研发计划;中央级公益性科研院所基本科研业务费专项

在线出版日期：2023-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共17页

页码：2643-2659