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弱光胁迫下大豆株高相关性状全基因组关联分析及育种预测

弱光胁迫下大豆株高相关性状全基因组关联分析及育种预测

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作者：王艳丽四川农业大学

学位级别：硕士

大豆株高是影响产量的重要株型性状,培育株高适宜的大豆品种是实现大豆高产育种的重要举措。大豆株高相关性状是复杂的数量性状,其遗传受环境的影响较大。前人研究表明玉米-大豆带状套作模式下,大豆因受到玉米的遮荫影响,其株高相关性... 详细信息

大豆株高是影响产量的重要株型性状,培育株高适宜的大豆品种是实现大豆高产育种的重要举措。大豆株高相关性状是复杂的数量性状,其遗传受环境的影响较大。前人研究表明玉米-大豆带状套作模式下,大豆因受到玉米的遮荫影响,其株高相关性状发生变化,导致大豆倒伏严重,最终影响大豆产量及品质,但目前关于弱光胁迫下大豆株高性状变化的遗传机制研究较少。因此本研究通过设置正常光照和苗期弱光(模拟套作)两种处理,基于40K芯片测序获得的77,511个SNP标记和限制性两阶段全基因组关联分析(RTM-GWAS)计算程序构建的11,464个具有复等位变异的连锁不平衡区段(SNP linkage disequilibrium block,SNPLDB)分子标记,采用混合线性模型(mixed linear model,MLM)和限制性两阶段全基因组关联分析(restricted two-stage multi-locus GWAS,RTM-GWAS)两种关联分析方法,对三个环境(E1:2021年仁寿,E2:2022年仁寿,E3:2022年崇州)的181份大豆材料苗期以及恢复光照后成熟期的株高、主茎节数、平均节间长、下胚轴长进行全基因组关联分析,挖掘控制株高相关性状的稳定位点。并对稳定区间内的候选基因进行功能预测,最后基于RTM-GWAS定位到的SNPLDB标记进行弱光胁迫下大豆株高的育种预测。主要结果如下:1、不同环境、光照处理对大豆株高相关性状影响较大,且与正常光照处理相比较,弱光处理后的株高、平均节间长和下胚轴长均增加,主茎节数减少;对181份大豆两个时期的株高相关性状分别进行三因素方差分析,除成熟期的下胚轴长在两种光照处理下差异不显著外,其余性状在环境、处理、品种各因素之间及三因素之间交互作用下差异均为极显著。2、通过混合线性模型(MLM)和限制性两阶段全基因组关联分析(RTM-GWAS)方法对181份大豆材料在三个环境下的苗期和成熟期正常光照和苗期弱光处理下的株高相关性状进行全基因组关联分析,共获得503个与株高相关性状显著关联的QTL位点,株高145个,主茎节数87个,平均节间长187个,下胚轴长84个。其中13＿35823484…35823553、13＿39150318…39150447以及13＿39473397 3个显著关联的SNP位点/区间在多环境、多个性状、两种处理以及两种关联分析方法下被稳定检测到,将这3个稳定存在的位点/区间用于株高相关性状候选基因的筛选。3、根据大豆参考基因组Wm82.a1信息,在3个共定位区段内共检测到77个基因,将其转换成Wm82.a2版基因名称,利用Phyzome网站公布的各基因在大豆组织上的表达量数据筛选出在茎秆上特异表达或相对于其它组织表达量高的41个基因,最后根据注释信息筛选出4个株高相关性状的候选基因Glyma.13g266300、Glyma.13g266500、Glyma.13g310300、Glyma.13g308100。4、基于181份大豆材料在成熟期时弱光条件下的株高表型值与SDPLDB标记关联结果,建立株高QTL-allele矩阵,然后根据公式y=g+(y-g+y-g)/2计算得出杂交组合后代的表型预测值。设置F连续自交产生的组合后代预测值分别为第25百分位数、第50百分位数、第75百分位数。以高杆育种为例,当组合后代预测值为第75百分位时部分单交组合后代表现出超亲优势,如亲本ZY139和ZY149杂交,后代株高表型预测值为191.58 cm,当组合后代预测值为第25百分位时部分单交组合后代株高预测值较矮,如亲本ZY121和ZY108杂交,后代株高预测值为35.91 cm。

关键词：大豆株高全基因组关联分析候选基因筛选育种预测

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