中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (11): 2079-2091.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.11.003
• 专题:大豆抗病性、产量与品质的相关性 • 上一篇 下一篇
张玉梅1(), 丁文涛2,3(), 蓝新隆1, 李清华4, 胡润芳1, 郭娜2,3, 林国强1(), 赵晋铭2,3()
收稿日期:
2022-11-28
接受日期:
2023-01-03
出版日期:
2024-06-01
发布日期:
2024-06-07
通信作者:
联系方式:
张玉梅,E-mail:zym1122@126.com。丁文涛,E-mail:wentaoding@126.com。张玉梅和丁文涛为同等贡献作者。
基金资助:
ZHANG YuMei1(), DING WenTao2,3(), LAN XinLong1, LI QingHua4, HU RunFang1, GUO Na2,3, LIN GuoQiang1(), ZHAO JinMing2,3()
Received:
2022-11-28
Accepted:
2023-01-03
Published:
2024-06-01
Online:
2024-06-07
摘要:
【目的】可溶性糖含量是鲜食大豆重要的品质性状之一,研究大豆鲜籽粒可溶性糖含量的遗传变异,深入解析可溶性糖含量的遗传机制,为鲜食大豆种质创新及品质育种提供依据。【方法】利用来自东北大豆生态区、北方大豆生态区、黄淮海大豆生态区和南方大豆生态区的133份大豆地方种质,在2021年连江春季、福清春季和秋季3个环境下对鲜籽粒可溶性糖含量进行表型测定,结合82 187个高质量SNP标记,基于混合线性模型MLM(Q+K)对可溶性糖含量进行全基因组关联分析,挖掘可溶性糖含量显著相关的SNP位点,并以显著SNP位点为中心,两端各扩展119.07 kb连锁不平衡衰减距离为候选区间,根据候选区间内基因的注释和组织表达信息预测候选基因。【结果】3个环境下,鲜籽粒可溶性糖含量的变异范围为3.37—33.84 mg·g-1,遗传变异系数为24.59%—32.69%,可溶性糖含量遗传率为68.14%。通过全基因组关联分析,连江春季、福清春季和秋季3个环境下分别检测到与鲜籽粒可溶性糖含量显著关联的SNP有6、8和22个,表型变异解释率为12.43%—29.27%,以表型变异解释率较高的9个显著SNP位点所在的候选区间进行搜索,共获得86个基因,结合基因注释和组织表达信息,进一步筛选到9个候选基因,主要涉及转录因子、糖蛋白家族和糖类合成转运等生物学过程。其中,Glyma.01g016500、Glyma.13g042100、Glyma.16g131800和Glyma.16g155300在大豆种子及荚中表达水平较高,可作为大豆鲜籽粒可溶性糖的最具潜力候选基因。【结论】通过全基因组关联分析,检测到36个与鲜籽粒可溶性糖含量显著关联的SNP,进一步筛选出9个候选基因可能参与大豆鲜籽粒可溶性糖含量的调控,其中,Glyma.01g016500、Glyma.13g042100、Glyma.16g131800和Glyma.16g155300可作为调控大豆鲜籽粒可溶性糖含量的关键目标基因。
张玉梅, 丁文涛, 蓝新隆, 李清华, 胡润芳, 郭娜, 林国强, 赵晋铭. 大豆地方种质资源鲜籽粒可溶性糖含量的全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2079-2091.
ZHANG YuMei, DING WenTao, LAN XinLong, LI QingHua, HU RunFang, GUO Na, LIN GuoQiang, ZHAO JinMing. Genome Wide Association Analysis of Soluble Sugar Content in Fresh Seeds of Soybean Landraces[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(11): 2079-2091.
表1
大豆地方种质群体鲜籽粒可溶性糖含量的描述性统计、方差分析及遗传率"
环境 Environments | 均值 Mean (mg·g-1) | 标准差 SD (mg·g-1) | 最小值 Min. (mg·g-1) | 最大值 Max. (mg·g-1) | 变异系数 CV (%) | 显著性Significance | 遗传率 h2 (%) | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
FG | FE | FG×E | |||||||
2021CLJ | 8.73 | 2.850 | 3.37 | 19.05 | 32.69 | 3.01** | 4.38** | 7.20** | 68.14 |
2021CFQ | 10.74 | 2.641 | 5.68 | 18.79 | 24.59 | ||||
2021QFQ | 11.19 | 3.431 | 4.22 | 33.84 | 30.66 | ||||
平均Mean | 10.31 | 2.161 | 6.03 | 22.10 | 20.96 |
表2
与大豆鲜籽粒可溶性糖显著关联的SNP位点"
环境 Environments | 标记 Markers | 染色体 Chromosome | 物理位置 Position (bp) | 等位变异 Allelic | 显著性 -log10(P) | 表型变异解释率 R2 (%) |
---|---|---|---|---|---|---|
2021CLJ | AX-90503091 | 1 | 51857659 | G/A | 3.53 | 14.28 |
AX-90375080 | 6 | 4456132 | A/G | 3.72 | 15.15 | |
AX-90439820 | 14 | 7015035 | C/T | 3.59 | 14.64 | |
AX-90326993 | 16 | 28742781 | T/C | 3.66 | 14.68 | |
AX-90345551 | 16 | 28826370 | C/T | 3.86 | 15.72 | |
AX-90366289 | 16 | 32782857 | T/G | 3.69 | 14.92 | |
2021CFQ | AX-90498034 | 3 | 38220637 | G/A | 3.71 | 14.08 |
AX-90388849 | 3 | 38318720 | C/A | 3.85 | 14.75 | |
AX-90399131 | 6 | 41556768 | G/A | 3.99 | 15.32 | |
AX-90305393 | 6 | 41636432 | T/C | 3.65 | 13.81 | |
AX-90414763 | 6 | 41661485 | T/C | 3.90 | 15.08 | |
AX-90521281 | 6 | 41672853 | G/T | 3.90 | 15.08 | |
AX-90430712 | 6 | 41739316 | G/A | 3.56 | 13.43 | |
AX-90491158 | 18 | 833161 | A/C | 3.79 | 14.36 | |
2021QFQ | AX-90523492 | 1 | 1643221 | T/C | 4.13 | 19.65 |
AX-90471910 | 2 | 15509622 | T/G | 3.73 | 14.71 | |
AX-90463831 | 5 | 37457082 | G/A | 4.33 | 16.52 | |
AX-90337094 | 8 | 18928439 | C/G | 3.87 | 13.99 | |
AX-90515230 | 8 | 18936718 | C/T | 4.04 | 16.18 | |
AX-90318719 | 8 | 27518867 | T/G | 3.52 | 12.43 | |
AX-90511533 | 8 | 34944396 | C/T | 3.70 | 13.72 | |
AX-90474383 | 9 | 6551732 | T/G | 3.58 | 13.30 | |
AX-90385515 | 9 | 6624803 | A/C | 3.51 | 13.64 | |
AX-90358417 | 9 | 6771694 | T/A | 3.81 | 13.83 | |
AX-90308466 | 9 | 6801826 | C/T | 3.58 | 13.28 | |
AX-90423241 | 9 | 6931879 | T/C | 3.57 | 12.90 | |
AX-90343217 | 9 | 6940434 | C/T | 3.71 | 13.46 | |
AX-90409115 | 9 | 6969624 | T/C | 3.73 | 13.94 | |
AX-90407481 | 10 | 3759843 | G/A | 3.82 | 14.71 | |
AX-90467097 | 10 | 41183218 | C/T | 3.69 | 14.45 | |
AX-90376167 | 11 | 32722314 | A/G | 3.54 | 12.78 | |
AX-90350462 | 13 | 13577053 | A/G | 4.35 | 16.45 | |
AX-90317931 | 13 | 18042528 | T/G | 3.89 | 13.17 | |
AX-90364912 | 15 | 5490816 | C/T | 3.91 | 16.89 | |
AX-90351400 | 16 | 31631250 | C/T | 6.81 | 29.27 | |
AX-90304999 | 18 | 46549803 | G/A | 3.69 | 13.49 |
表3
显著标记关联的基因信息"
标记 Marker | 物理位置 Position (bp) | 染色体 Chromosome | 等位变异 Allelic | 关联基因 Associated gene | 位置与变异 Region and variant |
---|---|---|---|---|---|
AX-90523492 | 1643221 | 1 | T>C | Glyma.01g015600 | 基因下游Downstream |
Glyma.01g015800 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.01g015900 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.01g016100 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.01g016500 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.01g016800 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.01g016900 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.01g017000 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.01g017200 | 外显子,同义突变Exon, synonymous | ||||
Glyma.01g017300 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.01g017400 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.01g018300 | 基因上游Upstream | ||||
AX-90375080 | 4456132 | 6 | A>G | Glyma.06g057700 | 基因下游Downstream |
Glyma.06g058000 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.06g058100 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.06g058500 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.06g058600 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.06g059000 | 内含子突变Intron variant | ||||
Glyma.06g059500 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g059700 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g060200 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g060300 | 基因上游Upstream | ||||
AX-90399131 | 41556768 | 6 | G>A | Glyma.06g245400 | 基因下游Downstream |
AX-90414763 | 90414763 | 6 | T>C | Glyma.06g245500 | 基因下游Downstream |
AX-90521281 | 90521281 | 6 | G>T | Glyma.06g245600 | 基因下游Downstream |
Glyma.06g245700 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.06g245800 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.06g245900 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.06g246000 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.06g246100 | 上游基因突变Upstream gene variant | ||||
Glyma.06g246200 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g246300 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g246400 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g246500 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g246600 | 外显子,非同义突变Exon, nonsynonymous | ||||
Glyma.06g246800 | 外显子,同义突变Exon, synonymous | ||||
Glyma.06g246900 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g247100 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g247200 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g247300 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.06g247600 | 基因上游Upstream | ||||
AX-90515230 | 18936718 | 8 | C>T | Glyma.08g230100 | 基因下游Downstream |
Glyma.08g230600 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.08g230800 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.08g230900 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.08g231000 | 内含子突变Intron variant | ||||
Glyma.08g231400 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.08g231500 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.08g231600 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.08g231800 | 基因上游Upstream | ||||
AX-90350462 | 13577053 | 13 | A>G | Glyma.13g042100 | 基因下游Downstream |
Glyma.13g042200 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.13g042300 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.13g042600 | 外显子,同义突变Exon synonymous | ||||
Glyma.13g042700 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.13g042800 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.13g042900 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.13g043000 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.13g043500 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.13g043600 | 基因上游Upstream | ||||
AX-90345551 | 28826370 | 16 | C>T | Glyma.16g131800 | 基因下游Downstream |
Glyma.16g131900 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g132000 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g132100 | 基因间变异Intergenic region | ||||
Glyma.16g132200 | 基因间变异Intergenic region | ||||
Glyma.16g132500 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g132600 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g132700 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g132800 | 基因上游Upstream | ||||
AX-90351400 | 31631250 | 16 | C>T | Glyma.16g155100 | 基因下游Downstream |
Glyma.16g155200 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g155300 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g155400 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g155500 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g155600 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g155700 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g155800 | 基因下游Downstream | ||||
Glyma.16g156100 | 外显子,非同义突变Exon, nonsynonymous | ||||
Glyma.16g156200 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g156300 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g156400 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g156500 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g156600 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g156700 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g156800 | 基因上游Upstream | ||||
Glyma.16g157100 | 基因上游Upstream |
表4
大豆鲜籽粒可溶性糖候选基因功能注释"
候选基因 Candidate genes | 同源基因 Homologous gene | 功能注释 Function annotation |
---|---|---|
Glyma.01g016100 | AT1G05670.1 | PPR超家族蛋白PPR superfamily protein |
Glyma.01g016500 | AT4G25960.1 | P-糖蛋白2 P-glycoprotein 2 |
Glyma.06g058600 | AT5G21280.1 | 富含羟脯氨酸的糖蛋白Glycoprotein rich in hydroxyproline |
Glyma.08g231800 | AT1G30320.1 | Remorin家族蛋白Remorin family protein |
Glyma.13g042100 | AT5G53140.1 | 蛋白磷酸酶2C家族蛋白Protein phosphatase 2C family proteins |
Glyma.16g131800 | AT4G36360.1 | β-半乳糖苷酶3 β-galactosidase 3 |
Glyma.16g155300 | AT3G60530.1 | GATA转录因子GATA transcription factors |
Glyma.16g156800 | AT1G22710.1 | 蔗糖质子转运体2 Sucrose proton transporter 2 |
Glyma.16g157100 | AT1G71880.1 | 蔗糖质子转运体1 Sucrose proton transporter 1 |
[1] |
黄美. 我国大豆地方品种群体籽粒可溶性糖含量的遗传变异和QTL关联定位研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2012.
|
|
|
[2] |
王一璞, 武国瑞, 杨万明, 杜维俊, 赵晋忠, 岳爱琴, 张永坡, 高春艳, 王敏. 不同类型大豆籽粒可溶性糖组分含量比较. 山西农业科学, 2020, 48(5): 700-703, 726.
|
|
|
[3] |
张玉梅, 胡润芳, 林国强. 菜用大豆品质性状研究进展. 大豆科学, 2013, 32(5): 698-702.
|
|
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
张秋英, 李彦生, 刘长锴, 田博文, 涂冰洁, 毛健伟. 菜用大豆食用品质关键组分及其积累动态研究. 作物学报, 2015, 41(11): 1692-1700.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2015.01692 |
|
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
王丹英, 汪自强, 方勇, 徐律平. 菜用大豆食味品质及其与内含物关系研究. 金华职业技术学院学报, 2002, 2(3): 15-17, 61.
|
|
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
doi: 10.1016/j.tplants.2012.01.002 pmid: 22322003 |
[14] |
doi: 10.3389/fpls.2016.01202 pmid: 27582745 |
[15] |
doi: 10.1111/tpj.12105 pmid: 23289725 |
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
doi: 10.1038/nbt.3096 pmid: 25643055 |
[19] |
|
[20] |
邱丽娟, 李英慧, 关荣霞, 刘章雄, 王丽侠, 常汝镇. 大豆核心种质和微核心种质的构建、验证与研究进展. 作物学报, 2009, 35(4): 571-579.
|
doi: 10.3724/SP.J.1006.2009.00571 |
|
[21] |
doi: 10.1186/s12863-019-0737-9 pmid: 30922237 |
[22] |
doi: 10.1016/j.carres.2013.06.024 pmid: 24021435 |
[23] |
|
[24] |
doi: 10.1186/s12863-021-00964-5 pmid: 33676409 |
[25] |
|
[26] |
doi: 10.1007/978-1-0716-2293-3_19 pmid: 35751823 |
[27] |
doi: 10.1093/jxb/erac043 pmid: 35139196 |
[28] |
|
[29] |
宋雯雯, 李继存, 赵云, 周静, 黄新阳, 曾海燕, 杨光明, 李素真, 吴存祥, 韩天富. 中国大豆微核心种质光温综合反应敏感性的鉴定. 植物遗传资源学报, 2020, 21(1): 146-153.
doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.20190606004 |
|
|
[30] |
|
[31] |
郁晓敏, 袁凤杰, 傅旭军, 朱丹华. 浙江大豆核心亲本可溶性糖含量分析. 中国粮油学报, 2015, 30(7): 19-22.
|
|
|
[32] |
|
[33] |
赵福成, 景立权, 闫发宝, 陆大雷, 王桂跃, 陆卫平. 灌浆期高温胁迫对甜玉米籽粒糖分积累和蔗糖代谢相关酶活性的影响. 作物学报, 2013, 39(9): 1644-1651.
|
|
|
[34] |
任雷, 胡晓辉, 杨振超, 皱志荣, 李鹏飞. 光照强度对厚皮甜瓜糖分积累与蔗糖代谢相关酶的影响. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2010, 38(6): 120-126.
|
|
|
[35] |
|
[36] |
|
[37] |
|
[38] |
doi: 10.1021/jf903141s pmid: 20353171 |
[39] |
|
[40] |
|
[41] |
王洁, 蔡昱萌, 张楠, 张雅丽. 植物蔗糖转运蛋白表达的调控因素与分子机制. 生物技术通报, 2021, 37(3): 115-124.
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1027 |
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1027 |
|
[42] |
|
[43] |
doi: 10.1186/s12864-015-1730-y pmid: 26162601 |
[44] |
|
[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] | 苗龙, 舒阔, 胡彦姣, 黄茹, 何艮华, 张文明, 王晓波, 邱丽娟. 大豆种子硬实突变体Mzp661的鉴定和基因定位[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2065-2078. |
[7] | 苗龙, 杨蕾, 许竞好, 李娜, 王飞宇, 邱丽娟, 王晓波. 大豆芽期拟茎点种腐病鉴定体系构建及抗性种质筛选[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2092-2101. |
[8] | 寿鑫月, 刘智, 陈玥含, 李晨辉, 孙宾成, 孙如建, 韩德志, 鹿文成, 申永辉, 王晓波, 闫龙. 冀北坝上大豆结瘤相关性状全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2102-2113. |
[9] | 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. |
[10] | 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. |
[11] | 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. |
[12] | 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. |
[13] | 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. |
[14] | 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. |
[15] | 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. |
|