大豆持绿QTL定位及全基因组选择

摘要：

【目的】持绿（stay-green）能够延长大豆有效光合作用时间，增加干物质积累，对提高大豆产量具有重要意义。挖掘大豆持绿相关QTL，解析大豆持绿的分子机制，可为提高大豆产量提供理论依据和技术支持。【方法】通过对大豆巢式关联群体进行多环境表型鉴定，结合基因型进行全基因组关联分析，通过SNP变异分析、组织特异性表达分析、基因功能注释和单倍型分析，筛选候选基因，并对候选基因进行启动子顺式作用元件分析和蛋白结构预测分析。同时，构建并评价全基因组选择在大豆持绿性状的应用效果。【结果】共定位到6个显著QTL区间，分布于第3、4、5和16染色体。其中，qSG5-1（Chr.5：41600128..42273303，613.18 kb）在多环境中被重复定位，是大豆持绿调控新QTL。连锁不平衡分析发现，qSG5-1区间内存在2个显著关联区间，qSG5-1.1（Chr.5：41798499..41996276，197.78 kb）和qSG5-1.2（Chr.5：41996989..42273303，276.32 kb），分别包含29和37个基因。SNP变异分析发现53个基因区间内包含非同义突变、可变剪切、翻译提前终止或终止子丢失SNP，经组织特异性表达分析，其中8个基因在茎或叶中转录较为活跃。基因功能注释分析显示，Glyma.05G245200和Glyma.05G247900分别参与蛋白质折叠、氧化代谢过程，可能与细胞周期与生长代谢调控以及衰老过程中营养物质再分配有关。2个基因主要单倍型表型间存在极显著差异且均包含非同义突变，Glyma.05G245200中非同义突变分别为C617T（A206V）、C44T（P15L），并引起Glyma.05G245200蛋白三级结构发生细微改变。Glyma.05G247900中非同义突变为A275G（D92G），而Glyma.05G247900蛋白三级结构无变化。顺式作用元件分析结果显示，2个基因启动子区域均存在光响应、脱落酸响应等元件，可能通过对光、激素信号调控共同影响大豆生长与衰老，进而调控大豆持绿，可能为大豆持绿相关的候选基因。持绿性状全基因组选择分析结果在不同标记集中的预测准确度为0.27—0.36。【结论】定位到1个与持绿相关的新QTL——qSG5-1。筛选出2个与大豆持绿相关候选基因，分别为Glyma.05G245200和Glyma.05G247900。