楊 豪 向仕華 劉 麗 寧可君 楊 雪 舒英杰 何慶元,*

川渝大豆生育期性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析

楊 豪1,**向仕華2,**劉 麗1寧可君1楊 雪1舒英杰1何慶元1,*

1安徽科技學(xué)院, 安徽鳳陽(yáng) 233100;2自貢市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院, 四川自貢 643000

生育期是大豆品種適應(yīng)生態(tài)環(huán)境進(jìn)化的結(jié)果, 對(duì)產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀都有重要影響。解析南方, 特別是挖掘川渝地區(qū)大豆生育期相關(guān)遺傳位點(diǎn)并篩選出候選基因, 能為該地區(qū)大豆育種奠定一定的理論基礎(chǔ)。以川渝地區(qū)227份大豆品種或資源為試驗(yàn)材料, 利用135個(gè)SSR標(biāo)記和107,081個(gè)有效SNPs標(biāo)記進(jìn)行基因分型, 分別考察及統(tǒng)計(jì)了2016年安徽鳳陽(yáng)和四川自貢、2018年安徽鳳陽(yáng)3個(gè)環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、生殖生長(zhǎng)期、全生育期以及營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)/生殖生長(zhǎng)期比值。川渝大豆4個(gè)性狀的表型分布整體呈正態(tài)分布, 遺傳變異受品種、環(huán)境和環(huán)境互作的顯著影響。通過(guò)全基因關(guān)聯(lián)分析, 使用SSR標(biāo)記共檢測(cè)到51個(gè)與生育期性狀顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn), 使用SNP標(biāo)記檢測(cè)到70個(gè)與生育期性狀顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)。其中在2個(gè)以上的環(huán)境下同時(shí)被檢測(cè)的區(qū)域有: 位于13號(hào)染色體BLK_29175719-29275719和BLK_30878620_30978620, 14號(hào)染色體BLK_48763386_48863386以及16號(hào)染色體BLK_10093551_10293551區(qū)塊, 在這4個(gè)區(qū)域內(nèi)預(yù)測(cè)到11個(gè)與植物生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的可能候選基因, 同源基因預(yù)測(cè)表明6個(gè)與生育調(diào)控相關(guān), 進(jìn)一步的單倍型分析表明有3個(gè)基因單倍型在生育期性狀表型上存在顯著差異, 分別是、和。

大豆; 生育期; SNP; 全基因組關(guān)聯(lián)分析

大豆((L.) Merr.)含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 是最大植物蛋白質(zhì)和第二大油料來(lái)源自花授粉作物[1]。大豆對(duì)光周期敏感, 生育期長(zhǎng)短是大豆適應(yīng)生態(tài)環(huán)境的結(jié)果, 對(duì)產(chǎn)量高低具有重要影響[2]。同時(shí)大豆生育期是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)量性狀, 受少數(shù)主效基因和一些微效基因共同控制[3]。到目前為止, 已經(jīng)被證實(shí)存在與大豆開(kāi)花和成熟有關(guān)的等位基因至少有13個(gè), 分別是E1[4]、E2[5]、E3[6]、E4[7]、E5[8]、E6[9]、E7[10]、E8[11]、E9[12]、E10[13]、J[14]、Tof11和Tof12[15], 除E5[8]、E6[9]、E7[10]、E8[11]外其余9個(gè)已被成功圖位克隆和證實(shí), 這些基因主要決定光周期的敏感性[11]。已有的研究表明, 隨著大豆種植生態(tài)區(qū)的擴(kuò)大, 不同生態(tài)區(qū)內(nèi)可能存在有新的影響生育期長(zhǎng)短的等位變異[12]。

鑒定和驗(yàn)證更多生育期相關(guān)的等位基因, 能夠加快選育適應(yīng)不同生態(tài)區(qū)高產(chǎn)大豆品種。川渝地區(qū)作為南方大豆主產(chǎn)區(qū)之一, 經(jīng)長(zhǎng)期的自然和人工選擇, 同樣可能存在新的生育期相關(guān)變異。本研究選用227份不同川渝大豆種質(zhì)資源, 利用全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定了4個(gè)生育期性狀, 即營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期(Vp)、生殖生長(zhǎng)期(Rp)、全生育期(Wgp)和生育期結(jié)構(gòu)(Rp/ Vp)的遺傳位點(diǎn)。挖掘可能調(diào)控大豆生育期性狀的候選基因, 為解析生育期相關(guān)性狀的遺傳機(jī)制和產(chǎn)量穩(wěn)定、適應(yīng)性廣的川渝大豆新品種的選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用來(lái)源于川渝地區(qū)的227份大豆種質(zhì)資源, 其中209份材料為川渝地區(qū)地方品種, 另外18份材料為自貢市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所和南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院所育成的品種(附表1)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間試驗(yàn)及生育期調(diào)查 所有供試材料分別于2016年和2018年種植于安徽鳳陽(yáng)(16FY和18FY) (32°47′N(xiāo)和117°19′E) 2016年種植于四川自貢(29°33′N(xiāo)和104°55′E) (16ZG)。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì), 重復(fù)3次, 每區(qū)塊行長(zhǎng)2 m, 行距0.4 m, 每行20株, 正常田間管理。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期(Vp)是指從大豆播種至初花期(第1朵花)的天數(shù), 生殖生長(zhǎng)期(Rp)是指從大豆初花期至完熟的天數(shù), 全生育期(Wgp)是指從大豆播種至完熟的天數(shù), 生育期結(jié)構(gòu)(Rp/Vp)是生殖生長(zhǎng)期/營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的比值。

1.2.2 DNA提取與基因分型 使用改良CTAB法[16]從幼嫩的大豆葉片中提取基因組DNA。SSR基因分型: 從Soymap2圖譜中[17]選擇在20條染色體上分布基本均勻的135對(duì)SSR引物進(jìn)行基因分型[18]。使用8%的丙烯酰胺凝膠電泳檢測(cè)PCR產(chǎn)物, 0.1%的AgNO3進(jìn)行銀染, 人工讀取帶型。SNP基因分型: 使用大豆200K基因芯片(北京康普生生物科技有限公司)進(jìn)行基因分型, SNP芯片的內(nèi)參質(zhì)控和變異校準(zhǔn)方法按照芯片操作手冊(cè)執(zhí)行, 使用Plink軟件對(duì)基因型原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控, 去掉缺失比例高于0.1的位點(diǎn), 去除最小等位基因頻率(maf)小于0.05的位點(diǎn), 獲得有效的SNP標(biāo)記。

1.2.3 表型統(tǒng)計(jì)與分析 使用Microsoft Excel 2016整理大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)期、生殖生長(zhǎng)期、全生育期和生育期結(jié)構(gòu)。使用SPSS statistics 26進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 主要包括數(shù)據(jù)的方差分析、變幅的統(tǒng)計(jì)以及變異系數(shù)和廣義遺傳率的計(jì)算。廣義遺傳率(2) = (遺傳方差/總方差)。

1.2.4 全基因組關(guān)聯(lián)分析 使用TASSEL 2.1和TASSEL 5.0軟件基于混合線性模型(mixed linear models , MLM)、結(jié)合群體結(jié)構(gòu)(Q)和親緣關(guān)系(K) (Q+K), 分別進(jìn)行生育期性狀與SSR和SNP位點(diǎn)之間的全基因組關(guān)聯(lián)分析。SSR的值分別設(shè)定為=0.05, SNP設(shè)定為=0.0001, 當(dāng)檢測(cè)位點(diǎn)值≤設(shè)定的閾值時(shí), 即認(rèn)為該位點(diǎn)與生育期存在顯著關(guān)聯(lián)。本群體分為3個(gè)亞群, 群體結(jié)構(gòu)情況詳見(jiàn)He等[19]的分析結(jié)果。

1.2.5 候選基因的預(yù)測(cè) 將檢測(cè)到的與生育期性狀緊密關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)映射到各自的單倍型塊上, 參考SoyBase網(wǎng)站(http://www.soybase.org/) Glyma.Wm82. a2v1基因組, 在候選區(qū)域內(nèi)查找生育期性狀的候選基因, 并根據(jù)候選基因的注釋信息來(lái)篩選可能的候選基因, 利用Phytozome數(shù)據(jù)庫(kù)(http://phytozome.jgi. doe.gov/)查找候選基因的表達(dá)量分析。

1.2.6 單倍型分析 對(duì)候選基因的非同義突變SNP進(jìn)行分型, 根據(jù)候選基因的不同單倍型將種質(zhì)資源分組, 統(tǒng)計(jì)不同單倍型的占比, 利用R對(duì)候選基因每種單倍型品種數(shù)超過(guò)總品種數(shù)的5%表型進(jìn)行不同單倍型組間性狀的差異顯著性測(cè)定, 以確定每種單倍型對(duì)表型的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆生育期的表型分析

生育期性狀(Vp、Rp、Wgp和Rp/Vp)在3個(gè)環(huán)境(16FY、18FY和16ZG)中均表現(xiàn)出較大的表型變異。在3個(gè)環(huán)境下, Vp、Rp、Wgp和Rp/Vp的變化范圍分別在14～83、15～100、65～159和0.246～3.071之間。峰度和偏度的絕對(duì)值范圍在0.008～2.308之間, 基本符合正態(tài)分布特征(圖1), 4個(gè)性狀的廣義遺傳率(2)范圍在40.20%～97.49%之間, 變異系數(shù)(GCV)范圍在12.92%～27.17%之間, 遺傳率在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期中(16FY)最高, 在生育期結(jié)構(gòu)中(18FY Rp/Vp)最低。變異系數(shù)(GCV)在生育期結(jié)構(gòu)中(18FY Rp/Vp)最高, 在全育期(16ZG Wgp)最低(表1)。由各表型的方差分析和遺傳率可知, 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、生殖生長(zhǎng)期、全生育期和生育期結(jié)構(gòu)顯著受品系、環(huán)境和品系與環(huán)境的相互作用的影響。同時(shí)說(shuō)明群體的生育期性狀存在真實(shí)的遺傳差異可以進(jìn)一步進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析(表2)。

2.2 生育期性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析

通過(guò)TASSEL 2.1軟件進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析, 3個(gè)環(huán)境下共檢測(cè)51個(gè)與生育期相關(guān)的位點(diǎn), 其中與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、生殖生長(zhǎng)期、全生育期和生育期結(jié)構(gòu)相關(guān)的位點(diǎn)分別有12、11、21和7個(gè)。有3個(gè)與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期相關(guān)的位點(diǎn)在2個(gè)環(huán)境中同時(shí)被檢測(cè)到, 其中Satt359與Satt553在16FY和16ZG, Satt129在16FY與18FY中被檢測(cè)到。僅有1個(gè)與生殖生長(zhǎng)期相關(guān)的位點(diǎn)(Sat_137)在2個(gè)環(huán)境中(16ZG和18FY)被檢測(cè)到。在3個(gè)環(huán)境中都檢測(cè)到的與全生育期相關(guān)的位點(diǎn)有3個(gè), 分別是Sat_406、Satt332與Satt359, 同時(shí)有3個(gè)位點(diǎn)在16ZG和18FY兩個(gè)環(huán)境中被同時(shí)檢測(cè)到, 分別是Satt129、Satt553與Satt554。其余位點(diǎn)僅在單個(gè)環(huán)境中被檢測(cè)到(表3)。

表1 3個(gè)環(huán)境下大豆生育期性狀的表型分析

16FY: 2016年鳳陽(yáng); 18FY: 2018年鳳陽(yáng); 16ZG: 2016年自貢。

Vp: vegetative period; Rp: reproductive period; Wgp: whole growth period; Rp/Vp: reproductive period/vegetative period. 16FY: in 2016Fengyang; 18FY: in 2018 in Fengyang; 16ZG: in 2016 in Zigong.

(圖1)

Vp: 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期; Rp: 生殖生長(zhǎng)期; Wgp: 全生育期; Rp/Vp: 生育期結(jié)構(gòu)。16FY: 2016年鳳陽(yáng); 18FY: 2018年鳳陽(yáng); 16ZG: 2016年自貢。

Vp: the vegetative period; Rp: the reproductive period; Wgp: whole growth period; Rp/Vp: the reproductive period/vegetative period. 16FY: in 2016 in Fengyang; 18FY: in 2018 in Fengyang; 16ZG: in 2016 in Zigong.

表2 大豆生育期性狀的方差分析

Vp: 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期; Rp: 生殖生長(zhǎng)期; Wgp: 全生育期; Rp/Vp: 生育期結(jié)構(gòu)。*:< 0.001。

Vp: the vegetative period; Rp: reproductive period; Wgp: the whole growth period; Rp/Vp: the reproductive period/vegetative period.*:< 0.001.

表3 在2個(gè)以上的環(huán)境中使用SSR標(biāo)記與生育期性狀相關(guān)的QTL

16FY: 2016年鳳陽(yáng); 18FY: 2018年鳳陽(yáng); 16ZG: 2016年自貢。

Vp: the vegetative period; Rp: reproductive period; Wgp: the whole growth period; Rp/Vp: the reproductive period/vegetative period. 16FY: in 2016 in Fengyang; 18FY: in 2018 in Fengyang; 16ZG: in 2016 in Zigong.

2.3 SNP對(duì)生育期的全基因組關(guān)聯(lián)分析

使用Tassel 5.0軟件對(duì)107,081個(gè)有效的單核苷酸多態(tài)性連鎖(SNP)標(biāo)記進(jìn)行檢測(cè), 在混合線性模型(MLM)中, 共檢測(cè)到70個(gè)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(=1×10-4有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)的SNPs位點(diǎn)(附表2)。

結(jié)果表明, 有51個(gè)SNP位點(diǎn)與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期相關(guān),分別位于5 (5個(gè))、12 (9個(gè))、13 (6個(gè))、14 (1個(gè))、16 (29個(gè))和20 (1個(gè))號(hào)染色體上, 可解釋7.304%～ 14.144%的表型變異。7個(gè)SNP位點(diǎn)與全生育期相關(guān), 分別位于8 (1個(gè))、12 (1個(gè))、13 (3個(gè))、14 (1個(gè))和16 (1個(gè))號(hào)染色體上, 可解釋7.522%～10.401%的表型變異。12個(gè)SNP位點(diǎn)與生育結(jié)構(gòu)相關(guān), 分別位于2 (1個(gè))、3 (1個(gè))、10 (2個(gè))、11 (1個(gè))、13 (5個(gè))、17 (1個(gè))和20 (1個(gè))號(hào)染色體上, 可解釋7.494%～ 12.848%的表型變異。相同位點(diǎn)在2個(gè)環(huán)境下檢測(cè)到與生育期相關(guān)的SNP有3個(gè), 分別是Gm13_ 29225719, 在3個(gè)環(huán)境中(16ZGWgp、16FYVp、16FYRp/Vp)的表型變異解釋率為9.241%、10.944%和9.285%; Gm13_309286220在2個(gè)環(huán)境中(16ZGWgp、16FYVp)的表型變異解釋率為8.572%和8.702%; Gm16_10193551在2個(gè)環(huán)境中(16ZGVp、18FYVp)的表型變異解釋率為7.976%、9.909%; 有1個(gè)位點(diǎn)(Gm14_48813386)在16ZG同時(shí)檢測(cè)到與Vp和Wgp相關(guān)聯(lián), 可解釋7.81%～8.693%的表型變異(圖2和表4)。

將SSR和SNP 2種定位結(jié)果映射到參考基因組(Glyma.Wm82.a2v1 )進(jìn)行比對(duì), 定位結(jié)果相近區(qū)域的有3個(gè), 分別是位于5號(hào)染色體上SSR標(biāo)記Satt648關(guān)聯(lián)到的18FYWgp和SNP標(biāo)記Gm5_32195936關(guān)聯(lián)到的18FYVp, 位于14號(hào)上SSR標(biāo)記Satt534關(guān)聯(lián)到的18FYVp和SNP標(biāo)記Gm_1448813386關(guān)聯(lián)到的16ZGVp, 以及位于16號(hào)染色體上SSR標(biāo)記Satt620關(guān)聯(lián)到的16FYVp, 16FYWgp和SNP標(biāo)記Gm16_21944024關(guān)聯(lián)到的18FYVp (附表3)。

(圖2)

(圖2)

圖2 大豆生育期相關(guān)性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析曼哈頓圖及QQ-Plot圖

紅線代表=1×10-4。6ZG: 2016年自貢; 18FY: 2018年鳳陽(yáng); 16FY: 2016年鳳陽(yáng); VG: 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期; RS: 生殖生長(zhǎng)期; WGP: 全生育期; RSVG: 生育期結(jié)構(gòu)。

The red line represents=1×10-4. 16ZG: in 2016 in Zigong; 18FY: in 2018 in Fengyang; 16FY: in 2016 in Fengyang; VG: the vegetative period; RS: the reproductive period; WGP: whole growth period; RSVG: the reproductive period/vegetative period.

表4 使用SNPs在2個(gè)環(huán)境以上與生育期性狀有關(guān)的QTNs

Vp: 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期; Rp: 生殖生長(zhǎng)期; Wgp: 全生育期; Rp/Vp: 生育期結(jié)構(gòu)。16FY: 2016年鳳陽(yáng); 18FY: 2018年鳳陽(yáng); 16ZG: 2016年自貢。

Vp: the vegetative period; Rp: the reproductive period; Wgp: whole growth period; Rp/Vp: the reproductive period/vegetative period. 16FY: in 2016 in Fengyang; 18FY: in 2018 in Fengyang; 16ZG: in 2016 in Zigong.

2.4 候選基因的預(yù)測(cè)

為了預(yù)測(cè)與生育期性狀相關(guān)的候選基因, 本研究選擇了包含環(huán)境最多的4個(gè)Block進(jìn)行候選基因的查找和篩選, 其中2個(gè)位于13號(hào)染色體, 分別是BLK_29175719_29275719, BLK_30878620_30978620;1個(gè)位于14號(hào)染色體, 是BLK_48763386_48863386以及一個(gè)位于16號(hào)染色體, 是BLK_10093551_ 10293551, 并在SoyBase網(wǎng)站(http://www.soybase. org/)內(nèi)使用大豆Glyma.Wm82.a2v1 基因組作為參考進(jìn)行篩選, 在4個(gè)Block內(nèi)通過(guò)功能注釋和文獻(xiàn)比對(duì)初步篩選到候選基因28個(gè)(附表4), 其中11個(gè)與植物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān), 在這些基因中有10個(gè)基因在SoyBase上有不同組織上的表達(dá)量, 在不同發(fā)育階段的種子中的表達(dá)量差異較大(附表5); 根據(jù)同源預(yù)測(cè)的結(jié)果, 與大豆生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的基因主要是Glyma.13g177400、Glyma.13g177600、Glyma. 13g177800、Glyma.13g178500、Glyma.13g195200和Glyma.14g223300 (表5)。

表5 與大豆生育期相關(guān)的候選基因及功能注釋

2.5 候選基因的單倍型分析

對(duì)預(yù)測(cè)到的6個(gè)與生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的候選基因進(jìn)行進(jìn)一步的單倍型分析, 其中和基因內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到SNP, 對(duì)區(qū)塊兩端與之相近的位點(diǎn)進(jìn)行單倍型分析, 單倍型與之對(duì)應(yīng)的表型性狀之間沒(méi)有顯著性差異。被劃分為2個(gè)單倍型, 但僅有一個(gè)單倍型數(shù)量大于5%, 無(wú)法通過(guò)資源群體驗(yàn)證該候選基因。

所在的Block關(guān)聯(lián)到16FY環(huán)境下Vp和Rp/Vp存在顯著性差異, 在16ZG的Wgp中沒(méi)有顯著差異, 被劃分為2個(gè)單倍型, 在16FY環(huán)境中AA為晚花單倍型, 平均值分別為49.41 d, TT為早花單倍型, 平均值45.77 d; 在16FY環(huán)境中AA為生育期結(jié)構(gòu)優(yōu)異單倍型, 平均值為1.48, TT為生育期結(jié)構(gòu)普通單倍型, 平均值為1.38。被劃分為2個(gè)單倍型, 所在的Block關(guān)聯(lián)到3個(gè)的性狀(16FYVp, 16FYRp/Vp, 16ZGWgp)均存在顯著性差異, 在16FY環(huán)境下AA為晚花單倍型和生育期結(jié)構(gòu)一般單倍型, 平均值分別為50.40 d和1.35, GG為早花單倍型和生育期結(jié)構(gòu)優(yōu)異單倍型, 平均值分別為45.89 d和1.47; 在16ZG環(huán)境中AA為晚熟單倍型, 平均值為102.82 d, GG為早熟單倍型, 平均值為98.87 d。被劃分為4個(gè)單倍型, 其中3個(gè)單倍型的數(shù)量大于5%, 所在的Block關(guān)聯(lián)到的2個(gè)性狀(16FYVp, 16ZGWgp), 但僅在16FYVp有顯著性差異, 單倍型TTCC (早花單倍型)和TTTT (晚花單倍型)平均值分別為46.63 d和50.29 d (圖3)。

圖3 不同SNP類(lèi)型材料對(duì)應(yīng)的表型數(shù)據(jù)分析

3 討論

大豆生育期性狀與大豆產(chǎn)量有直接影響, 大豆的開(kāi)花期和成熟期受基因和環(huán)境的共同影響[20]。本研究表明川渝地區(qū)大豆群體的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、生殖生長(zhǎng)期、全生育期和生育期結(jié)構(gòu)4個(gè)性狀均受品系、環(huán)境和品系與環(huán)境的相互作用的顯著影響, 與諸多研究結(jié)果一致, 大豆生育期受遺傳和光周期的共同控制[21]。而在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中, 不同地區(qū)形成適應(yīng)不同的生態(tài)類(lèi)型, 在自然和人工的選擇下形成新的等位變異。已有的研究表明通過(guò)對(duì)生育期結(jié)構(gòu)進(jìn)行定向選擇, 可以提高大豆產(chǎn)量, 生殖生長(zhǎng)期越長(zhǎng), 產(chǎn)量越高[22]。本研究使用SSR與SNP 2種標(biāo)記進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析, 分別定位到51個(gè)和70個(gè)位點(diǎn), 分別有11個(gè)和4個(gè)位點(diǎn)在多個(gè)環(huán)境下被檢測(cè)到。使用SNP定位到的位點(diǎn)并在多個(gè)環(huán)境下被檢測(cè)到的位點(diǎn)中共有28個(gè)有注釋功能的候選基因被檢測(cè)到, 其中11個(gè)與植物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān), 候選基因預(yù)測(cè)到6個(gè)生育期相關(guān)的基因。

位于BLK_29175719_29275719內(nèi)的基因與高度同源,與在功能上存在分化, 在大豆中主要參與株型的調(diào)控, 但不調(diào)控大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)期[23], 通過(guò)單倍型分析內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到SNP的差異, 其原因可能是不存在差異單倍型或者本試驗(yàn)所用的SNP芯片密度不夠, 有待進(jìn)一步的候選基因測(cè)序分析。擬南芥DNA結(jié)合鋅指(Dof)蛋白OBP3 (AT3G55370)為光敏色素和隱花色素下游信號(hào)傳導(dǎo)成分之一,是Dof轉(zhuǎn)錄因子家族成員與擬南芥高度同源[24],的不同單倍型在表型上存在顯著差異,推測(cè)可能參與光敏色素和隱花色素調(diào)控大豆生長(zhǎng)發(fā)育的信號(hào)途徑。是編碼堿性螺旋-環(huán)形螺旋(bHLH) DNA結(jié)合超家族蛋白, 能夠調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育、植物抗逆和信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程[25-26], 在擬南芥中主要參與花期調(diào)控并調(diào)節(jié)植物對(duì)赤霉素的反應(yīng)[27], 但單倍型分析表明的表型沒(méi)有顯著差異。Glyma.13g178500是一類(lèi)植物特異性VQ蛋白(VQ motif-containing protein), 可以調(diào)節(jié)植物不同的發(fā)育過(guò)程, 包括對(duì)生物和非生物脅迫的反應(yīng)、種子發(fā)育和光形態(tài)發(fā)生[28]。擬南芥環(huán)型E3連接酶KEEP ON GOING (KEG, AT5G13530)是ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)調(diào)控因子。單倍型分析被劃分為2個(gè)單倍型, 并在所關(guān)聯(lián)的3個(gè)性狀中均存在顯著性差異, 其中AA單倍型是生育期結(jié)構(gòu)優(yōu)異單倍型。該Block內(nèi)控制生育期的基因可能為和, 并且內(nèi)存在為育種利用的優(yōu)異等位變異。位于BLK_30878620_30978620內(nèi)的與擬南芥高度同源, 推測(cè)其參與脫落酸信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)控的大豆的生長(zhǎng)發(fā)育[29], 單倍型分析中TTCC (早花單倍型)和TTTT (晚花單倍型)在16FYVp有顯著性差異。位于BLK_48763386_48863386內(nèi)的, 這是一類(lèi)四肽重復(fù)(TPR)類(lèi)超家族蛋白, 主要與激素信號(hào)、應(yīng)激反應(yīng)和開(kāi)花時(shí)間的控制有關(guān)[30], 但僅有一個(gè)單倍型數(shù)量大于5%, 無(wú)法通過(guò)資源群體驗(yàn)證該候選基因。

與生育期相關(guān)的5個(gè)候選基因進(jìn)行單倍型分析的結(jié)果表明, 位于BLK_29175719_29275719內(nèi)預(yù)測(cè)到3個(gè)與生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的基因, 其中的不同單倍型在表型上存在顯著差異,沒(méi)有顯著差異, 可能定位到的結(jié)果是由所致。單倍型分析被劃分為2個(gè)單倍型, 并在所關(guān)聯(lián)的3個(gè)性狀中均存在顯著性差異, 其中AA單倍型是生育期結(jié)構(gòu)優(yōu)異單倍型; BLK_30878620_30978620內(nèi)預(yù)測(cè)到1個(gè)候選基因,的2個(gè)單倍型(TTAA, TTTT)在16FYVp中顯著差異, 關(guān)于大豆生育期的遺傳機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究, 本研究檢測(cè)到的候選基因?qū)⒂兄趯?duì)川渝地區(qū)大豆的生育期性狀進(jìn)行進(jìn)一步了解。

4 結(jié)論

通過(guò)使用川渝地區(qū)的227份大豆品種, 使用SSR與SNP 2種標(biāo)記在混合線性模型下行全基因組關(guān)聯(lián)分析, 分別定位到51個(gè)和70個(gè)顯著關(guān)聯(lián)的標(biāo)記。使用SSR標(biāo)記共檢測(cè)到12個(gè)與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期相關(guān)的位點(diǎn), 11個(gè)與生殖生長(zhǎng)期相關(guān)的位點(diǎn), 21個(gè)與全生育期相關(guān)及7個(gè)與生育期結(jié)構(gòu)相關(guān)的位點(diǎn)。使用SNP標(biāo)記共檢測(cè)到51個(gè)與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期相關(guān)的位點(diǎn), 7個(gè)與全生育期及12個(gè)與生育期結(jié)構(gòu)相關(guān)的位點(diǎn), 未檢測(cè)到與生殖生長(zhǎng)期相關(guān)的位點(diǎn)。在多個(gè)環(huán)境下同時(shí)檢測(cè)到的Block內(nèi)有28個(gè)有注釋功能的基因, 進(jìn)一步的單倍體分析表明、和最有可能與大豆生育期性狀相關(guān)。

附表 請(qǐng)見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)版: 1) 本刊網(wǎng)站http://zwxb. chinacrops.org/; 2) 中國(guó)知網(wǎng)http://www.cnki.net/; 3) 萬(wàn)方數(shù)據(jù)http://c.wanfangdata.com.cn/Periodical- zuowxb.aspx。

[1] Zhang Y H, Liu M F, He J B, Wang Y F, Xing N G, Li Y, Yang S P, Zhao T J, Gai J Y. Marker-assisted breeding for transgressive seed protein content soybean [(L.) Merr.]., 2015, 128: 1061–1072.

[2] Jia H C, Jiang B J, Wu C X, Lu W C, Hou W S, Sun S, Yan H R, Han T F. Maturity group classification and maturity locus genotyping of early-maturing soybean varieties from high-latitude cold regions., 2014, 9: e94139.

[3] Tasma I M, Shoemaker R C. Mapping flowering time gene homologs in soybean and their association with maturity (E) loci., 2003, 43: 319–328.

[4] Bernard R L. Two major genes for time of flowering and maturity in soybeans., 1971, 11: 242–244.

[5] Abe J, Xu D H, Miyano A, Komatsu K, Kanazawa A, Shimamoto Y. Photoperiod-insensitive Japanese soybean landraces differ at two maturity loci., 2003, 43: 1300–1304.

[6] Buzzell R I. Inheritance of a soybean flowering response to fluorescent-daylength conditions., 1971, 13: 703–707.

[7] Buzzell R I, Voldeng H D. Inheritance of insensitivity to long daylength., 1980, 7: 26–29.

[8] McBlain B A, Bernard R L. A new gene affecting the time of flowering and maturity in soybeans.,1987, 78: 160–162.

[9] Bonato E R, Vello N A. E6, a dominant gene conditioning early flowering and maturity in soybeans., 1999, 22: 229–232.

[10] Cober E R, Voldeng H D. A new soybean maturity and photoperiod-sensitivity locus linked to E1 and T., 2001, 41: 698–701.

[11] Cober E R, Molnar S J, Charette M, Harvey D. A new locus for early maturity in soybean., 2010, 50: 524–527.

[12] Zhao C, Takeshima R, Zhu J H, Xu M L, Sato M, Watanabe S, Kanazawa A, Liu B H, Kong F J, Yamada T, Abe J. A recessive allele for delayed flowering at the soybean maturity locus E9 is a leaky allele of FT2a, a FLOWERING LOCUS T ortholog., 2016, 16: 20.

[13] Samanfar B, Molnar S J, Charette M, Schoenrock A, Dehne F, Golshani A, Belzile F, Cober E R. Mapping and identification of a potential candidate gene for a novel maturity locus, E10, in soybean., 2017, 130: 377–390.

[14] Ray J D, Hinson K, Mankono J E B, Malo F M. Genetic control of a long-juvenile trait in soybean., 1995, 35: 1001–1006.

[15] Lin X, Liu B, Weller J L, Abe J, Kong F J. Molecular mechanisms for the photoperiodic regulation of flowering in soybean., 2021, 63: 981–994.

[16] Doyle J J. Isolation of plant DNA from fresh tissue., 1990, 12: 13–15.

[17] Song Q J, Marek L F, Shoemaker R C, Lark K G, Concibido V C, Delannay X, Specht J E, Cregan P B. A new integrated genetic linkage map of the soybean., 2004, 109: 122–128.

[18] He Q Y, Yang H Y, Xiang S H, Tian D, Wang W B, Zhao T J, Gai J Y. Fine mapping of the genetic locus L1 conferring black pods using a chromosome segment substitution line population of soybean., 2015, 134: 437–445.

[19] He Q Y, Xiang S H, Yang H W, Wang W B, Shu Y J, Li Z P, Yang X Y, Wang S H. A genome-wide association study of seed size, protein content, and oil content using a natural population of Sichuan and Chongqing soybean., 2021, 217: 198.

[20] Tasma I M, Lorenzen L L, Green D E, Shoemaker R C. Mapping genetic loci for flowering time, maturity, and photoperiod insensitivity in soybean., 2001, 8: 25–35.

[21] Li M M, Liu Y, Tao Y H, Xu C J, Li X, Zhang X M, Han Y P, Yang X, Sun J Z, Li W B, Li D M, Zhao X, Zhao X. Identification of genetic loci and candidate genes related to soybean flowering through genome wide association study., 2019, 20: 987.

[22] 楊倩, 張惠君, 謝甫綈. 不同來(lái)源大豆品種生育期結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量關(guān)系的研究. 大豆科學(xué), 2008, 27: 973–978. Yang Q, Zhang H J, Xie F T. Study on the relationship between fertility structure and yield of soybean varieties of different origins.,2008, 27: 973–978 (in Chinese with English abstract).

[23] 吳艷, 侯智紅, 程群, 董利東, 盧思佳, 南海洋, 甘卓然, 林永波. 大豆基因家族功能初探. 大豆科學(xué), 2019, 38: 694–703. Wu Y, Hou Z H, Cheng Q, Dong L D, Lu S J, Nan H Y, Gan Z R, Lin Y B. A preliminary investigation of the function of thegene family in soybean.,, 38: 694–703 (in Chinese with English abstract).

[24] Ward J M, Cufr C A, Neff D M M. The Dof transcription factor OBP3 modulates phytochrome and cryptochrome signaling in.,2005, 17: 475–485.

[25] Dong Y, Wang C P, Han X, Tang S, Liu S, Xia X L, Yin W L. A novel bHLH transcription factor PebHLH35 fromconfers drought tolerance through regulating stomatal development, photosynthesis and growth in., 2014, 450: 453–458.

[26] Zhao Q, Xiang X H, Liu D, Yang A G, Wang Y Y. Tobacco transcription factor NtbHLH123 confers tolerance to cold stress by regulating the NtCBF pathway and reactive oxygen species homeostasis., 2018, 9: 381.

[27] Zhu Z G, Liang H L, Chen G P, Li F F, Wang Y S, Liao C G, Hu Z L. The bHLH transcription factor SlPRE2 regulates tomato fruit development and modulates plant response to gibberellin., 2019, 38: 1053–1064.

[28] Jing Y, Lin R. The VQ motif-containing protein family of plant-specific transcriptional regulators., 2015, 169: 371–378.

[29] Jiménez-López D, Mu?óz-Belman F, González-Prieto J M, Victor Aguilar-Hernández, Plinio G. Repertoire of plant RING E3 ubiquitin ligases revisited: new groups counting gene families and single genes., 2018, 13: e0203442.

[30] Causier B, Ashworth M, Guo W, Davies B. The TOPLESS interactome: a framework for gene repression in., 2012, 158: 423–438.

Genome-wide association analysis of growth period traits in soybean of Sichuan and Chongqing

YANG Hao1,**, XIANG Shi-Hua2,**, LIU Li1, NING Ke-Jun1, YANG Xue1, SHU Ying-Jie1, and HE Qing-Yuan1,*

1Anhui Science and Technology University, Fengyang 233100, Anhui, China;2Zigong Institute of Agricultural Science, Zigong 643000, Sichuan, China

Growth period is the evolution of soybean varieties adaptded to the ecological environment. Which has important effects on the yield and agronomic traits. To lay the foundation for soybean breeding in southern China, especially in Sichuan andChongqing region.the relevant genetic loci of soybean growth period were analyzed and and candidate genes were screened out 227 soybean cultivars or resources from Sichuan and Chongqing regions were identified based on 135 SSR and 107,081 effective single nucleotide polymorphism (SNP) markers. Four growth period traits (vegetative growth, reproductive growth, whole growth and the ratio of vegetative growth / reproductive growth period) were investigated in three environments (Fengyang Anhui in 2016, Zigong Sichuan in 2016,and Fengyang Anhui in 2018).The results showed that the phenotypic variation of four traits followed normal distribution, and the genetic variation was significantly affected by variety, environment and environment interaction. A total of 51 loci and 70 loci significantly associated with growth stage traits were detected by SSR markers and SNP respectively. In particular, there were stable expression related sites in BLK_29175719-29275719 and BLK_30878620-30978620 on chromosome 13, BLK_48763386-48863386 on chromosome 14 and BLK_10093551-10293551 on chromosome 16. And 11 potential candidate genes related to plant growth and development were predicted in these four regions and four genes (namely,,, and) were directly related to soybean growth period traits.

soybean; growth period; SNP; genome-wide association analysis

10.3724/SP.J.1006.2023.24210

本研究由安徽省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(202104a06020029), 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31871711, 32101704), 四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2022SZYZF08)，四川省科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2021YFYZ0018), 四川豆類(lèi)雜糧創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)春大豆技術(shù)研究崗位(SCCXTD-2020-20), 安徽教育廳自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2020A0066)和安徽科技學(xué)院項(xiàng)目(2021zrzd13)資助。

This study was supported by the Key Research and Development Projects of Anhui (202104a06020029), the National Natural Science Foundation of China (31871711, 32101704), the Sichuan Science and Technology Program (2022SZYZF08), the Key Research and Development projects of Sichuan (2021YFYZ0018), the Science and Technology Program of Sichuan Province (SCCXTD-2020-20), the Anhui Provincial College Program for Natural Science (KJ2020A0066), and the Key Projects of Anhui Science and Technology (2021zrzd13).

何慶元, E-mail: heqingyuan1@163.com

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

楊豪, E-mail: 1625763153@qq.com; 向仕華, E-mail: zgxiangshihua@163.com

2022-09-14;

2023-04-17;

2023-04-26.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20230425.1713.008.html

This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).