中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (10): 1857-1869.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.10.002
李盛有(), 王昌陵, 闫春娟, 张立军, 孙旭刚, 曹永强(), 王文斌(), 宋书宏
收稿日期:
2023-12-19
接受日期:
2024-01-08
出版日期:
2024-05-16
发布日期:
2024-05-23
通信作者:
联系方式:
李盛有,E-mail:shengyouli1987@126.com。
基金资助:
LI ShengYou(), WANG ChangLing, YAN ChunJuan, ZHANG LiJun, SUN XuGang, CAO YongQiang(), WANG WenBin(), SONG ShuHong
Received:
2023-12-19
Accepted:
2024-01-08
Published:
2024-05-16
Online:
2024-05-23
摘要:
【目的】综合运用不同抗旱评价指标,筛选大豆优异抗旱种质,发掘重要抗旱基因,为大豆抗旱分子育种提供理论基础。【方法】利用188份大豆种质资源,于2018、2019、2020和2021年测定正常供水和干旱胁迫下的单株荚数、单株生物量和单株产量,利用抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数等参数鉴定大豆种质的抗旱性,通过全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)检测与大豆抗旱参数显著相关的SNP(single nucleotide polymorphisms)标记,并结合干旱胁迫下大豆幼苗叶片基因表达谱分析,筛选抗旱候选基因。【结果】188份大豆种质资源的抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数存在广泛变异,分别利用逐级分类法将供试材料划分为5个等级。其中,辽豆15、辽豆69、辽豆14、金杖子黄豆、中黄606、科新3号、Koreane 4等7份种质在不同评价方法中均被鉴定为一级抗旱。对抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数进行GWAS分析,共定位到15个显著关联的SNP位点能够在多环境下稳定表达,这些位点对表型变异的贡献率为12.46%—25.60%。在显著SNP位点上、下游各200 kb区间内共有注释基因226个。通过对抗旱品种辽豆14和干旱敏感型品种辽豆21在干旱胁迫下进行转录组测序和实时荧光定量PCR分析,鉴定出32个注释基因受干旱胁迫诱导显著差异表达。其中,Glyma.02G182900、Glyma.04G012400、Glyma.06G258900、Glyma.15G100900、Glyma.01G172600、Glyma.04G012300、Glyma.01G172200和Glyma.04G010300等8个候选基因分别编码钙依赖性蛋白激酶、通用应激蛋白A、G型凝集素S受体样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、蛋白磷酸酶2C、异黄酮还原酶、异黄酮还原酶同源物、生长素蛋白和bZIP转录因子。【结论】综合运用不同抗旱参数,在188份大豆种质资源中筛选出7份抗旱种质资源,鉴定了15个与抗旱参数显著关联的SNP位点,并鉴定出抗旱候选基因8个。
李盛有, 王昌陵, 闫春娟, 张立军, 孙旭刚, 曹永强, 王文斌, 宋书宏. 大豆种质抗旱性评价及抗旱候选基因的挖掘[J]. 中国农业科学, 2024, 57(10): 1857-1869.
LI ShengYou, WANG ChangLing, YAN ChunJuan, ZHANG LiJun, SUN XuGang, CAO YongQiang, WANG WenBin, SONG ShuHong. Evaluation of Drought Resistance in Soybean Germplasm and Identification of Candidate Drought-Resistant Genes[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(10): 1857-1869.
表1
候选基因的qRT-PCR引物"
基因 Gene | 正向引物 Forward primers (5′-3′) | 反向引物 Reverse primers (5′-3′) |
---|---|---|
Glyma.02G182900 | ATGGGTAACTGTTGCGTTTT | ACTTCGACGATGGTTCTG |
Glyma.04G012400 | TTGTCTCTTATTGTGGAA | ACAATACTTGTGGCCAAATT |
Glyma.06G258900 | TTCACTCTCATACTTGCTAT | AGAAGGATCATCCCAGTTCT |
Glyma.15G100900 | AAGCACATTCTCACTCAGA | TCAGGAATGCAGAAGTGTA |
Glyma.01G172600 | ACTTTGCTCCCTTTTATTGTA | CACTTGGGATTAATTACCTTT |
Glyma.04G012300 | TATGACCGTATGATTATTT | AACCAGCAAAGAAGTTGCTT |
Glyma.01G172200 | AATGACTTTGATTTGAGGGA | TAGCTGAGTCATGTGAGTTTT |
Glyma.04G010300 | ATGTATTCAATTCTGAGTGAAAT | TCATGAAACGTAGTAGAGCCA |
18S | TGATTAGACCGAAACCAATGC | GGCAGAAACTTGAATGAAACG |
表2
大豆种质抗旱性分级标准及各级种质数量"
抗旱等级 Drought grade | 抗旱指数 DI | 改进抗旱指数 IDI | 加权抗旱系数 WDC | 加权抗旱指数 WDI |
---|---|---|---|---|
一级Grade1 | ≥1.503 (26) | ≥2.132 (30) | ≥0.764 (31) | ≥1.947 (27) |
二级Grade2 | ≥1.011<1.503 (28) | ≥1.568<2.132 (29) | ≥0.746<0.764 (26) | ≥1.453<1.947 (26) |
三级Grade3 | ≥0.193<1.011 (97) | ≥0.216<1.568 (97) | ≥0.530<0.746 (71) | ≥0.617<1.453 (86) |
四级Grade4 | ≥0.074<0.193 (29) | ≥0.125<0.216 (25) | ≥0.475<0.530 (27) | ≥0.417<0.617 (27) |
五级Grade5 | <0.074 (8) | <0.125 (7) | <0.475 (38) | <0.417 (22) |
表3
在不同抗旱参数方法中表现出相同抗旱等级的39份大豆种质资源"
抗旱等级 Drought grade | 种质名称 Germplasm name | 抗旱指数 DI | 改进抗旱指数 IDI | 加权抗旱系数 WDC | 加权抗旱指数 WDI |
---|---|---|---|---|---|
一级Grade1 | 辽豆15 LD15 | 3.05 | 4.32 | 0.79 | 3.55 |
辽豆69 LD69 | 2.96 | 6.48 | 0.83 | 3.33 | |
金杖子黄豆JZZHD | 2.76 | 3.32 | 0.80 | 3.11 | |
辽豆14 LD14 | 2.40 | 5.59 | 0.82 | 3.13 | |
科新3号KX3 | 1.73 | 2.92 | 0.80 | 2.40 | |
Koreane 4 | 1.60 | 2.42 | 0.83 | 2.39 | |
中黄606 ZH606 | 1.55 | 2.23 | 0.82 | 2.60 | |
二级Grade2 | Conrad | 1.33 | 2.12 | 0.74 | 1.77 |
三级Grade3 | 铁丰33 TF33 | 0.88 | 0.91 | 0.66 | 1.14 |
郑92116 Z92116 | 0.87 | 0.93 | 0.68 | 1.16 | |
白脐大豌豆BQDWD | 0.85 | 1.17 | 0.65 | 1.08 | |
IOA2020 | 0.79 | 0.85 | 0.68 | 1.09 | |
沈农6号SN6 | 0.76 | 1.23 | 0.69 | 1.17 | |
Son won | 0.65 | 0.63 | 0.68 | 1.29 | |
蒙豆13 MD13 | 0.64 | 0.51 | 0.69 | 0.81 | |
平顶黄PDX | 0.61 | 0.46 | 0.61 | 0.75 | |
伊通满仓金YTMCJ | 0.58 | 0.49 | 0.64 | 0.74 | |
辽豆21 LD21 | 0.55 | 1.04 | 0.65 | 1.09 | |
北水泉乡黄豆BSQXHD | 0.53 | 0.56 | 0.66 | 0.77 | |
百日熟BRS | 0.51 | 0.48 | 0.65 | 0.89 | |
Corsoy | 0.49 | 1.00 | 0.59 | 1.04 | |
吉育86 JY86 | 0.48 | 0.79 | 0.58 | 0.77 | |
黑农26 HN26 | 0.47 | 0.40 | 0.64 | 0.65 | |
吉林36 JL36 | 0.46 | 0.47 | 0.70 | 1.03 | |
满仓金MCJ | 0.46 | 0.54 | 0.61 | 0.70 | |
绥农6号SuiN6 | 0.44 | 0.58 | 0.65 | 0.68 | |
吉原引3号JYY3 | 0.41 | 0.54 | 0.65 | 0.92 | |
克山1号KS1 | 0.40 | 0.85 | 0.56 | 0.73 | |
吉育67 JY67 | 0.37 | 0.39 | 0.63 | 0.62 | |
压破车YPC | 0.37 | 0.43 | 0.57 | 0.69 | |
PI196160 | 0.37 | 1.05 | 0.61 | 1.11 | |
吉林3号JL3 | 0.36 | 0.48 | 0.62 | 0.64 | |
垦丰16 KF16 | 0.30 | 0.51 | 0.67 | 0.78 | |
PSB543 | 0.27 | 0.38 | 0.61 | 0.80 | |
中黄13 ZH13 | 0.26 | 0.53 | 0.63 | 0.76 | |
四级Grade4 | 龙品10-217 LP10-217 | 0.15 | 0.32 | 0.51 | 0.60 |
五级Grade5 | 龙垦330 LK330 | 0.05 | 0.11 | 0.36 | 0.17 |
AVELINE CH21715 | 0.03 | 0.04 | 0.43 | 0.34 | |
黑河5号HH5 | 0.02 | 0.08 | 0.41 | 0.40 |
表4
大豆抗旱显著相关的SNP位点和抗旱候选基因"
性状 Trait | 位置 Position | 基因 Gene | 注释 Annotation |
---|---|---|---|
加权抗旱系数 WDC | Chr.1:50851116 | Glyma.01G169000 | 锌指CCCH结构域含蛋白44 Zinc finger CCCH domain-containing protein 44 |
Glyma.01G169500 | 富亮氨酸重复受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶At3g53590 Leucine-rich repeat receptor-like serine/threonine-protein kinase At3g53590 | ||
Glyma.01G169900 | CDK5RAP1蛋白 CDK5RAP1-like protein | ||
Glyma.01G170200 | 半乳糖苷酶3 Beta-galactosidase 3 | ||
Glyma.01G171400 | AAA-ATP酶At5g17760 AAA-ATPase At5g17760 | ||
Glyma.01G171900 | 甘露聚糖内嵌体-1,4-甘露糖苷酶7 Mannanendo-1,4-beta-mannosidase 7 | ||
Glyma.01G172200 | 生长素蛋白1 Auxin-like protein 1 | ||
Glyma.01G172600 | 异黄酮还原酶Isoflavone reductase | ||
Chr.6:44505365 | Glyma.06G258900 | G型凝集素S受体丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶At4g27290 G-type lectin S-receptor-like serine/threonine-protein kinase At4g27290 | |
Glyma.06G259400 | TMV抗性蛋白N TMV resistance protein N | ||
Glyma.06G260000 | 转录因子bHLH 123 Transcription factor bHLH 123 | ||
Glyma.06G260100 | TMV抗性蛋白N TMV resistance protein N | ||
抗旱指数DI | Chr.2:31492269 | Glyma.02G182900 | 钙依赖性蛋白激酶32 Calcium-dependent protein kinase 32 |
Chr.3:16108362 | Glyma.03G070100 | 依赖于NADPH的醛酮还原酶,叶绿体 NADPH-dependentaldo-ketoreductase, chloroplastic | |
Chr.16:5063353 | Glyma.16G050700 | GEM蛋白5 GEM-like protein 5 | |
Glyma.16G050900 | 锌指蛋白Constans-like14 Zinc finger protein Constans-like 14 | ||
Glyma.16G051300 | 酰基转移酶样蛋白,叶绿体 Acyltransferase-like protein At3g26840, chloroplastic | ||
Glyma.16G052000 | 甘油磷酸二酯磷酸二酯酶GDPD 2 Glycero phosphodiester phosphodiesterase GDPD 2 | ||
改进抗旱指数 IDI | Chr.4:935137 | Glyma.04G009400 | 脱氢蛋白ERD14 Dehydrin ERD 14 |
Glyma.04G009900 | 胚胎细胞蛋白40 Embryogenic cell protein 40 | ||
Glyma.04G010300 | 转录因子bZIP11 Transcription factor bZIP11 | ||
Glyma.04G012300 | 异黄酮还原酶同源物Isoflavone reductase homolog | ||
Glyma.04G012400 | 通用应激蛋白A蛋白 Universal stress protein A-like protein | ||
Glyma.04G013000 | 葡聚糖内切酶1,3-d-葡萄糖苷酶 Glucanendo-1,3-beta-D-glucosidase | ||
Glyma.04G013400 | 器官特异性蛋白P4 Organ-specific protein P4 | ||
Glyma.04G013500 | 含BURP结构域蛋白3 BURP domain-containing protein 3 | ||
Chr.8:35316814 | Glyma.08G270600 | 肉桂酰辅酶A还原酶SNL6 Cinnamoyl-CoA reductase-like SNL6 | |
Chr.15:7739713 | Glyma.15G097100 | 磷脂酶A1-Igamma 2,叶绿体 Phospholipase A1-Igamma 2, chloroplastic | |
Glyma.15G097700 | 二乙烯叶绿素一种8-乙烯还原酶,叶绿体 Divinyl chlorophyll idea8-vinyl-reductase, chloroplastic | ||
Glyma.15G100700 | 肽蛋氨酸亚砜还原酶B5 Peptide methionine sulfoxide reductase B5 | ||
Glyma.15G100900 | 蛋白磷酸酶2C 35 Protein phosphatase 2C 35 | ||
加权抗旱指数WDI | Chr.17:38770868 | Glyma.17G230700 | 液泡生产酶Vacuolar-processing enzyme |
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
任洪雷, 张丰屹, 韩新春, 洪慧龙, 朱筱, 王广金, 邱丽娟. 大豆微核心种质资源抗旱性评价. 作物杂志, 2023(6): 94-100.
|
|
|
[5] |
王兴荣, 刘章雄, 张彦军, 李玥, 李永生, 苟作旺, 祁旭升, 邱丽娟. 大豆种质资源不同生育时期抗旱性鉴定评价. 植物遗传资源学报, 2021, 22(6): 1582-1594.
doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.20210430002 |
|
|
[6] |
doi: 10.1007/s00122-017-2951-z pmid: 28730464 |
[7] |
闫春娟, 王文斌, 董钻, 王家宏, 宋书宏, 杜强, 刘丙臣, 石小翠. 大豆抗旱种质的鉴定及其与根系的关系. 大豆科学, 2011, 30(5): 790-794.
|
|
|
[8] |
王利彬, 刘丽君, 裴宇峰, 董守坤, 孙聪姝, 祖伟, 阮英慧. 大豆种质资源芽期抗旱性鉴定. 东北农业大学学报, 2012, 43(1): 36-43.
|
|
|
[9] |
谢甫绨, 王文和, 王海英, 姚峰, 杨辉. 大豆品种耐旱性的评价. 沈阳农业大学学报, 2000, 31(3): 238-241.
|
|
|
[10] |
祁旭升, 刘章雄, 关荣霞, 王兴荣, 苟作旺, 常汝镇, 邱丽娟. 大豆成株期抗旱性鉴定评价方法研究. 作物学报, 2012, 38(4): 665-674.
|
|
|
[11] |
张彦军, 王兴荣, 张金福, 李玥, 苟作旺, 祁旭升, 何正奎. 大豆抗旱种质资源筛选及利用. 甘肃农业科技, 2018(8): 54-60.
|
|
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
doi: 10.1007/s00438-020-01646-0 pmid: 32008123 |
[16] |
|
[17] |
路贵和, 戴景瑞, 张书奎, 李文明, 陈绍江, 鄂立柱, 张义荣. 不同干旱胁迫条件下我国玉米骨干自交系的抗旱性比较研究. 作物学报, 2005, 31(10): 1284-1288.
|
|
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
doi: 10.3389/fpls.2016.00518 pmid: 27148338 |
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
doi: 10.1104/pp.109.137174 pmid: 19458118 |
[26] |
|
[27] |
doi: S0963-9969(18)30740-3 pmid: 30717018 |
[28] |
|
[29] |
doi: 10.1093/aob/mct229 pmid: 24136877 |
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[1] | 张颖, 石婷瑞, 曹瑞, 潘文秋, 宋卫宁, 王利, 聂小军. ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1658-1673. |
[2] | 许娜, 唐颖, 徐正进, 孙健, 徐铨. 籼粳杂种不育的遗传分析和候选基因鉴定[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1417-1429. |
[3] | 赵真坚, 王凯, 陈栋, 申琦, 余杨, 崔晟頔, 王俊戈, 陈子旸, 禹世欣, 陈佳苗, 王翔枫, 唐国庆. 基因组和DNA甲基化组联合分析筛选猪肉质性状关键基因[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1394-1406. |
[4] | 张必东, 林泓, 朱思颖, 李忠成, 庄慧, 李云峰. 水稻颖壳异常突变体ah1的鉴定与候选基因分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 429-441. |
[5] | 熊楚雯, 郭智滨, 周强华, 程艳波, 马启彬, 蔡占东, 年海. 大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 442-453. |
[6] | 张茗起, 王蕊, 张春宵, 孙擘, 任洁, 李淑芳, 王璐, 朱少喜, 张江斌, 施昕晨, 王海杰, 张云龙, 田红丽, 赵怡锟, 匡猛, 王元东, 易红梅, 李晓辉, 王凤格. 吉林省玉米种质资源SSR和SNP分子身份证的构建及应用[J]. 中国农业科学, 2024, 57(2): 236-249. |
[7] | 周也莹, 谢子文, 钟培阁, 李双伟, 马韫韬. 基于功能-结构模型的玉米大豆间作不同行向辐射分布研究[J]. 中国农业科学, 2024, 57(10): 1882-1899. |
[8] | 骆娜, 安炳星, 魏立民, 文杰, 赵桂苹. 全基因组关联分析筛选文昌鸡体尺性状相关分子标记[J]. 中国农业科学, 2024, 57(10): 2046-2060. |
[9] | 谭力治, 赵毅强. 全基因组关联分析中混合模型的原理、优化与应用[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1617-1632. |
[10] | 王慧玲, 闫爱玲, 王晓玥, 刘振华, 任建成, 徐海英, 孙磊. 葡萄果粒质量相关性状全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1561-1573. |
[11] | 王脉, 董清峰, 高珅奥, 刘德政, 卢山, 乔朋放, 陈亮, 胡银岗. 小麦苗期根系性状的全基因组关联分析与优异位点挖掘[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 801-820. |
[12] | 杨明路, 张海亮, 罗汉鹏, 黄锡霞, 张翰林, 章施施, 王炎, 刘林, 郭刚, 王雅春. 基于智能项圈系统荷斯坦牛发情相关指标的遗传参数估计及全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 995-1006. |
[13] | 贾晓昀, 王士杰, 朱继杰, 赵红霞, 李妙, 王国印. 陆地棉高密度遗传图谱的构建及产量相关性状的QTL定位[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 587-598. |
[14] | 高静, 陈吉玉, 谭先明, 吴雨珊, 杨文钰, 杨峰. 光强对苗期大豆叶片水力导度及叶脉性状的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(22): 4417-4427. |
[15] | 曾健, 王茹梦, 龚盼, 杨潇, 尹晓奇, 李江鹤, 陈世龙, 姚蕾, 宋海星, 康雷, 张振华. 芥菜型油菜苗期氮效率相关性状全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(20): 3946-3959. |
|