ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9
http://www.chinacrops.org/zwxb/
E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.02059
大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析
张 军1,2 赵团结1 盖钧镒1,*
(1 南京农业大学大豆研究所 / 国家大豆改良中心 / 作物遗传与种质创新国家重点实验室, 江苏南京210095; 2 滨州职业学院, 山东滨州256603)
摘 要: 利用85个SSR标记, 对大豆育成品种群体(190份代表性材料)的基因组进行扫描, 在检测群体结构基础上搜索连锁不平衡位点, 并采用TASSEL软件的GLM方法对11个大豆农艺性状QTL进行关联分析。结果表明: (1) 在公共图谱上共线性或非共线性的SSR位点组合均广泛存在连锁不平衡(LD), 但不平衡程度D′>0.5的组合数只占总位点组合的1.71%, 共线位点D′值随遗传距离衰减较快; (2) SSR数据遗传结构分析表明, 育成品种群体由7个亚群体组成, 矫正后全群体共有45个位点累计136个位点(次)与11个大豆农艺性状QTL关联, 其中22个位点(次)与家系连锁定位的QTL区间相重, 有43个位点(次) 2年重复出现; (3) 一些标记同时与2个或多个性状关联, 可能是性状相关或一因多效的遗传基础; (4) 育成品种群体关联位点与地方品种群体和野生群体只有少数相同, 群体间育种性状的遗传结构有相当大差异; (5) 发掘出农艺性状优异等位变异及其载体品种, 包括增效最大的产量等位变异Satt347-300 (+932 kg hm−2, 中豆26), 生物量等位变异Satt365-294(+3 123 kg hm−2, 黄毛豆), 蛋白质含量等位变异Be475343-198 (+0.41%, 淮豆4号), 脂肪含量等位变异Satt150-273 (+2.32%, 科丰15)等。在此基础上作了设计育种的探讨。 关键词: 大豆育成品种; 农艺性状; SSR标记; 关联分析; 优良等位变异; 设计育种
Association Analysis of Agronomic Trait QTLs with SSR Markers in Re-leased Soybean Cultivars
ZHANG Jun 1,2, ZHAO Tuan-Jie 1, and GAI Jun-Yi 1,*
(1 Soybean Research Institute / National Center for Soybean Improvement / National Key Laboratory for Crop Genetics and Germplasm Enhancement, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu; 2 Binzhou Vocational College, Binzhou 256603, Shandong, China)
Abstract: The genotyping data of 85 simple-sequence repeat (SSR) markers on released cultivar population (RCP) (a representa-tive sample with 190 accessions) were obtained and analyzed for LD of pairwise loci and population structure, and then for asso-ciation between SSR loci and 11 soybean agronomic traits under TASSEL GLM (general linear model) program. The results showed that: (1) LD was detected extensively not only among syntenic markers but also among nonsyntenic ones, while the loci pairs with D′>0.5 accounted for only 1.71% of the total ones. The syntenic D′ value attenuated fastly along with the increase of genetic distance. (2) Genetic structure analysis showed that RCP was composed of seven subpopulations. The 45 SSR loci with a total of 136 loci (time) were found to be associated with 11 agronomic traits in the RCP. Among those, 22 loci (times) were con-sistent with mapped QTLs from family-based linkage mapping procedure and 43 loci (times) were consistently detected in two experiment years. (3) There also found a certain number of loci associated simultaneously with two or more traits, which might be the genetic reason of correlation among traits as well as the pleiotropic effects of gene(s). (4) There found only a few association loci in released cultivar population coincided with those in landrace and wild populations, indicating the large difference of ge-netic structure between the populations. (5) The elite alleles of the agronomic traits along with their carriers were detected, such as the allele Satt347-300 for largest positive yield effect (+932 kg ha−1 for Zhongdou 26), Satt365-294 for biomass(+3 123 kg ha−1
基金项目: 国家重点基础研究发展规划(973规划)项目(2006CB101708); 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA100104); 国家自然
科学基金项目(30490250, 30671266); 教育部高等学校创新引智计划(B08025); 农业部公益性行业专项(200803060)
作者简介: 张军(1967−), 男, 黑龙江巴彦人, 博士研究生, 研究方向为作物遗传育种。E-mail: sd_b@sina.com
*
通讯作者(Corresponding author): 盖钧镒(1936−), Tel: 025-84395405; E-mail: sri@njau.edu.cn
Received(收稿日期): 2008-04-08; Accepted(接受日期): 2008-07-13.
2060 作 物 学 报 第34卷
for Huangmaodou), Be475343-198 for protein content (+0.41% for Huaidou 4), Satt150-273 for oil content (+2.32% for Kefeng 15), and were used to illustrate their potential in breeding programs.
Keywords: Released soybean cultivar; Agronomic trait; SSR marker; Association analysis; Elite allele; Breeding by design
关联定位是利用自然群体连锁不平衡原理标记QTL并结合遗传图谱定位QTL的一种方法。关联分析曾经被广泛应用于人类遗传学, 目前已应用于玉米、水稻、小麦等作物[1-7]。2001年Thornsberry等[8]首次成功地将关联分析应用到植物上, 他们利用92个玉米自交系的开花期数据和Dwarf8序列多态性数据进行关联分析获得与早期突变体研究和QTL作图相一致的结果, 证明了Dwarf8不仅控制玉米株高, 而且还影响玉米开花期。Breseghello等[9]
选用95个小麦育成品种和62个SSR标记, 研究小麦籽粒大小和制粉品质, 进一步验证家系连锁作图的QTL。文自翔等
[10]
从国家大豆改良中心资源库中按全国各生
态区选取代表性大豆地方品种和野生大豆组成2个代表性样本, 对它们的生育期、产量、品质及耐逆性等性状进行有重复的表型鉴定, 并利用在基因 组上均匀分布的60个SSR标记获得2个样本的标记数据, 在分析连锁不平衡成对位点、群体结构基础上, 进行性状关联分析, 进而比较栽培群体和野生群体在这些主要育种性状上基因位点及其等位变异的差异和特点, 并发掘出携有优良等位变异的载体。
大豆育成品种是具有生产应用价值的资源, 经育种家长期的杂交、选育, 积聚了多方面的优异种质, 是现时品种改良最核心的遗传资源。鉴于经人工改良后育成品种群体的基因组组成得到改善, 已不同于地方品种群体和野生群体。为此本研究着重对我国育成品种群体进行农艺性状QTL与SSR标记的关联分析, 与资源群体的结果比较, 找出其优异位点和相应的等位变异, 进而发掘出具有优异等位变异的载体品种并据此讨论设计育种问题。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为黄淮、南方生态区190份大豆品种(包括164份育成品种(系)和26份核心祖先亲本), 涉及安徽、北京、福建、贵州、河北、河南、湖北、湖南、江苏、江西、山东、山西、上海、四川和浙江15个省(市), 分别有15、23、3、5、3、30、8、4、49、2、27、3、3、11和4份材料, 具有广泛的代表
性。
1.2 田间试验及性状调查与测量
2005年6月16日和2006年6月16日于南京农业大学国家大豆改良中心江浦试验站播种。2005年为预备试验, 400份黄淮、南方生态区大豆品种(系), 随机区组试验设计, 2次重复, 每小区3行, 行长2 m, 行距0.5 m。2006年从2005年种植的400份品种(系)中遴选190份遗传变异广泛且具有代表性大豆育成品种(系)和重要的核心祖先亲本组成样本, 采用3次重复的14×14三重格子设计, 每小区5行, 行长2 m, 行距0.5 m。为保证小区苗匀, 每10 cm人工点播3粒种子, 出苗后18 d左右间苗, 每行保留21株。田间管理同一般大田栽培。每个小区中间2.25 m2为计产区。用网袋装好收获的植株, 待彻底风干后称取植株生物量, 脱粒装袋。按育种试验常规方法调查农艺性状(生育期、株高、百粒重、倒伏性等)。利用近红外分析仪(INFRATEC 1255 Food & Feed Ana-lyzer)测得蛋白质、脂肪含量, 2005年和2006年各测1个和3个重复。
1.3 基因组DNA提取及SSR扩增
利用苗期的幼嫩叶片, 参考Aljanabi等[11]的CTAB法, 进行大豆基因组DNA的提取和纯化。所用的85对SSR引物(表1)中在大豆非连锁群或同一连锁群遗传距离大于50 cM的有38对, 覆盖大豆20条连锁群[12]; 其中C2、F、I连锁群, 尤其是C2增加了一些已知与大豆生育期、产量、株高等农艺性状相关标记。SSR反应程序参考[10]。
1.4 LD的衡量
使用标准不平衡系数(D′)衡量位点间LD[10,13],
uv
D′=
∑piqjDij
′i=1
∑
j=1
, 其中u、v分别代表两个位点等位变异数目, pi和pj分别代表A位点第i等位变异及B位点第j等位变
异的频率, D′ij
=DijDmax, Dij=xij－piqj, 其中xij表示配子AiBj频率,
⎡D=⎢
min⎡⎣piqj,(1−pi)(1−qj)⎤⎦;Dij<0⎤
max
⎢⎥⎣min⎡⎣p−q i(1j),(1−pi)qj⎤⎦;Dij>0⎥
⎦
第12期
张 军等: 大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析
表1 实验检测的85个SSR位点 Table 1 List of the tested 85 SSR loci
2061 连锁群 LG A1
图位 Position (cM)
位点 Locus 连锁群 LG C2
图位 Position(cM)
位点 Locus 连锁群LG
图位Position(cM)
位点Locus 连锁群 LG H
图位Position (cM)
位点 Locus
31.07 Sat_385 95.16 Satt225
101.75 Satt286 D1a 103.33 Sat_402
107.59 Satt277 D1b 111.68 Satt365 112.19 Satt557 112.35 Satt289 D2 112.84 Satt134 112.85 Sat_312113.39 Satt489 113.62 Satt658 114.20 Sat_251115.10 Sat_142115.49 Satt708 117.46 Sat_238117.87 Satt079 118.78 Sat_263121.27 Satt307 127.00 Sat_252127.67 Satt316 128.23 Satt433
G F E
70.69 Satt436 108.89 Satt147 30.74 Be47534375.29 Satt005 131.92 Sat_289 51.41 Satt443 84.62 Satt311 105.45 Satt186 20.80 Satt720 39.77 Satt606 11.37 Satt269 22.97 Be80638726.71 Satt659 71.41 Satt510 72.97 Sat_317 74.13 Sct_033 78.06 Satt334 119.19 Satt522 0.00 Satt163 33.26 Satt324 87.94 Af162283
46.95 Satt442 81.04 Satt302
A2
35.93 Be820148 67.86 Aw132402 128.44 Satt209
I
36.03 Sat_219 36.40 Satt496 36.59 Sat_174 36.94 Satt239 99.83 Sat_299
B1
32.51 Satt509 96.36 Satt665
B2
55.20 Satt168 72.13 Satt020
J
5.19 Aw31096165.04 Satt244
C1
32.10 Sat_337 92.99 Sct_191
K
45.59 Satt046 77.37 Sct_190 99.10 Sat_293
C2
3.15 Satt681 30.47 Satt640 45.76 Satt291 51.84 Sat_336 61.98 Sat_153 69.67 Satt305 82.23 Satt322 90.93 Sat_213 91.81 Sat_246 94.65 Satt643
D1a
L
38.16 Satt284 107.24 Satt373
M
18.58 Satt150 33.47 Satt567 112.08 Satt210
N
34.52 Satt683 84.60 Satt234
O
42.29 Satt347 100.38 Satt592
5.25 Sat_332
98.07 Satt363
LG: linkage group.
1.5 群体结构分析
应用Structure 2.2软件[14]估测样本群体结构, 对品种群体进行基于数学模型的类群划分, 计算材料相应的Q值。从85个位点选用非连锁群或同一连锁群遗传距离大于50 cM的38个位点参加分析, 将MCMC (Markov Chain Monte Carlo)开始时的不作数迭代(length of burn-in period)设为10 000次, 再将不作数迭代后的MCMC设为100 000次, 然后依据似然值最大原则选取合适的K值。
1.6 关联分析
使用TASSEL[15]软件的GLM (General Linear Model)程序, 以各个体Q值作为协变量进行群体矫正, 将11个性状的表型数据分别对标记变异进行回归分析。
1.7 优异位点及优异等位变异的确认
SSR位点等位变异表型效应值ai=∑xij /ni –
∑Nk/nk, 其中xij为携带第i个等位变异的第j材料性状表型测定值, ni为具有第i等位变异的材料数。Nk为携带无效等位变异的第k个材料的表型测定值, nk为具有无效等位变异的材料数。若ai值为正, 则认为该等位变异为增效等位变异, 反之为减效等位变异[16]。
2 结果与分析
2.1 大豆品种群体SSR位点间的连锁不平衡及群体结构分析
20个连锁群上85个SSR位点的3 570种两两位点组合中, 不论共线性组合, 还是非共线性组合, 都有一定程度LD存在。得到统计概率(P<0.01)支持的不平衡成对位点比例较大, 占总位点组合的48.63%; 但不平衡程度D′>0.5的组合数仅占总位点组合的1.71%。对共线SSR位点D′值随遗传距离(cM)
2062 作 物 学 报 第34卷
增加而变化的分析得出, SSR位点D′值衰减速率相当快, LD衰减(D′<0.5)所延伸的最小距离为0.65 cM。
群体结构分析表明样本的等位变异频率特征类型数K=7 (即服从Hardy-Weinberg平衡的亚群数目为7)时其模型后验概率最大, 因此判断样本亚群数目为7。分析亚群数目的生物学意义, 发现大豆品种群体亚群划分与分省亚群相关(χ2=368, 大于χ20.01,90=124) (详细数据省略)。
2.2 大豆育成品种农艺性状相关联的SSR标记
对产量、生物量、收获指数、荚粒数、百粒重、全生育期、开花期、株高、倒伏性、蛋白质含量、脂肪含量共11个性状2年数据进行方差分析, 其中前9个性状品种间及品种与年份互作都极显著, 其他2个性状品种间显著。由于样本群体表现由多个亚群体组成, 将各个体的相应Q值作为协变量, 分别进行11个性状2005年、2006年和2年平均的表型值对标记的回归分析, 寻找与QTL关联的标记及其等位变异。检测的85个SSR位点中, 发现有45个位点与11个性状关联。表2列出所有关联标记及其相应2年11个性状的平均表型变异的解释率。
与11个大豆农艺性状关联的位点(次)累计有136个。纵向分析表2发现: (1) 与产量及其相关性状关联的位点(次)有78个, 与生育期性状关联的位点(次)有23个, 与形态性状关联的位点(次)有27个, 与品质性状关联的位点(次)有8个; (2) 2年与性状关联的位点(次) 共有43个; (3) 关联分析发现在家系连锁定位未发现的性状QTL位点(次)有114个, 多于家系连锁定位所得的位点(次)为22个; (4) 同一性状关联的位点在连锁群上有集中分布的趋势。如产量、株高等性状关联位点在C2连锁群有密集分布趋势, 但这可能与本研究中采用了较多C2连锁群上的标记有关。
横向分析表2发现: (1) 同一位点与多个性状相关联情况较多, 而这些性状多是同一类性状。如Sat_312位点与4个产量及其相关性状(产量, 生物量, 表观收获指数, 百粒重)有关联, 有7个位点(Sat_385, Sat_246, Satt277, Satt365, Satt708, Be475343, Satt659)同时与开花期和全生育期关联, 该结果表明大豆性状相关确有其内在遗传基础; (2) 同一性状在2年共有关联位点较多, 说明这些位点受环境影响较小、能够稳定遗传。这些关联位点, 尤其同时与家系连锁分析QTL作图能够相互验证的位点, 可以考虑用于标记辅助选择育种。
与各性状关联的位点: (1) 与产量相关联的20个, 2年共有的3个, 有5个位于家系连锁所定位QTL区间内, 表型变异解释率最大的是Sat_251(解释率为0.14); (2) 与生物量相关联的19个, 2年共有的6个, 表型变异解释率最大的是Satt277(解释率为0.18); (3) 与表观收获指数相关联的13个, 2年共有的2个, 表型变异解释率最大的是Satt365(解释率为0.25); (4) 与荚粒数相关联的5个, 2年共有的2个, 有1个位于家系连锁所定位QTL区间内, 表型变异解释率最大的是Satt239(解释率为0.15); (5) 与百粒重相关联的21个, 2年共有的6个, 有5个位于家系连锁所定位QTL区间内, 表型变异解释率最大的是Sat_293和Satt659(解释率都为0.13); (6) 与全生育期关联的12个, 2年共有的8个, 有5个位于家系连锁所定位QTL区间内, 表型变异解释率最大的是Satt277(解释率为0.29); (7) 与开花期相关联的11个, 2年共有的3个, 有2个位于家系连锁所定位QTL区间内, 表型变异解释率最大的是Satt277(解释率为0.16); (8) 与株高关联的14个, 2年共有的8个, 有3个位于家系连锁所定位QTL区间内, 表型变异解释率最大的是Satt365(解释率为0.35); (9) 与大豆植株倒伏性关联的13个, 2年共有的4个, 有1个位于家系连锁所定位QTL区间内, 表型变异解释率最大的是Satt277(解释率为0.12); (10) 与大豆蛋白质含量关联的2个, 表型变异解释率较大的是Satt522(解释率为0.08); (11)与大豆脂肪含量关联的6个, 2年共有的1个, 表型变异解释率最大的是Satt150(解释率为0.11)。
与11个性状关联的45个位点中, 共有34个与2个或2个以上性状同时关联; 有23个与3个或3个以上性状同时关联; 有14个与4个或4个以上性状同时关联; 有8个与5个或5个以上性状同时关联。与多种性状关联的SSR位点中表现较为突出的是, Sat_246同时与8个性状关联, Satt277、 Satt365和Sat_312都同时与7个性状关联。同一个标记位点与多个性状关联可能是性状相关、基因多效性的遗传基础。多种性状关联SSR位点的详细情况见 表2。
2.3 大豆育成品种农艺性状的优异等位变异
大豆育成品种群体2年田间试验获得与产量及其相关性状显著关联的SSR位点(次)有78个(表2)。限于篇幅着重解析2年关联分析都能检测到并对表型变异解释率高的位点, 其产量、生物量和表观收
第12期
张 军等: 大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析
表2 与各性状显著相关(P<0.01)的标记位点及其对表型变异的解释率
Table 2 The marker loci associated with various traits and corresponding explained phenotypic variation
2063 产量性状 生育期
标记位点Yield related trait Growing period Marker locus 产量 生物量 表观收获指数荚粒数百粒重全生育期开花期
Yd Bm Hi Ns Sw Dm Df
Sat_385 (A1)31.07 0.07 0.10 0.09 0.11
图位
Position (cM)
Be820148 (A2)35.93 0.06 Aw132402 (A2)67.86
0.09 0.06 0.06 0.08 0.12 0.24 0.25 0.19 0.17 0.08
0.11 0.07 0.07 0.11 0.09
0.09 0.12
形态性状 品质性状 Morphological trait Quality trait 株高倒伏性 蛋白质含量脂肪含量Ph Ld Pr Fa
0.150.08
0.07 0.07 0.08
0.10 0.100.35 0.13
0.08 0.12
0.07
Satt509 (B1)32.51 0.06 0.07 Satt665 (B1)96.36 0.09 0.09 Satt020 (B2)72.13 Satt640 (C2)30.47 Sat_153 (C2)61.98 Satt305 (C2)69.67 Satt643 (C2)94.65
0.08 0.08
0.08
0.06
Sat_246 (C2)91.81 0.06 0.11 Satt363 (C2)98.07 0.07 0.07 Satt277 (C2)107.59 0.18 Satt365 (C2)111.68 0.09 0.17 Satt557 (C2)112.19 0.05 Satt134 (C2)112.84 Satt489 (C2)113.39
Satt289 (C2)112.35 0.10 Sat_312 (C2)112.85 0.09 0.10 Sat_251 (C2)114.20 0.14 0.15 Satt708 (C2)115.49 0.05 0.06 Sat_238 (C2)117.46
Satt079 (C2)117.87 0.08 Sat_252 (C2)127.00 0.08 0.08 Satt316 (C2)127.67 0.05 Satt436 (D1a)70.69 0.09 0.10 Be475343 (D1b)30.74
Satt443 (D2)51.41 0.11 0.10
0.07 0.08 0.09
0.07 0.12
0.25 0.16
0.29 0.16 0.320.10
0.07 0.05 0.08 2
0.05 0.11 6
0.09 0.07 0.08 0.08 0.11 0.08 0.08 13(1)
0.08 0.09
0.10 0.09 0.07 0.06 0.07
0.08
0.11 0.11
0.06 0.06 0.07
0.13 0.07
0.160.07 0.10
0.08
0.07
Satt311 (D2)84.62 0.07 0.09 0.12
Satt186 (D2)105.45 0.07 0.11 Satt606 (E)39.77 Satt659 (F)26.71
0.08
0.11 0.06 13
0.07
Satt522 (F)119.19 Satt442 (H)46.95 Satt302 (H)81.04 Sat_219 (I)36.03 Satt239 (I)36.94
0.13 0.08 0.11
0.08 0.130.15
0.11 0.09
0.10
0.07
Sat_299 (I)99.83 0.10 0.09 Satt244 (J)65.04 0.08 Sat_293 (K)99.10 Satt284 (L)38.16
0.13
0.06
0.08
Satt150 (M)18.58 Satt210 (M)112.08
Satt347 (O)42.29 0.11 0.12
Satt592 (O)100.38
合计 Total 20(5) 19
0.15
5(1) 21(5)12(5) 11(2) 14(3)
粗斜体示2年关联分析都能检测到, 下划线示该数值对应标记在家系连锁分析定位QTL区间内, 括弧内为总和数。
The values in italic boldface indicate the results from 2 years association analysis, and the underlined values indicate the locus within a region of a QTL identified from family-based linkage mapping, with a total FBL QTL number in parentheses. Yd: yield; Bm: biomass; Hi: apparent harvest index; Ns: number of seeds per pod; Sw: 100-seed weight; Dm: days to maturity; Df: days to flowering; Ph: plant height; Ld: lodging; Pr: protein content; Fa: fat content.
2064 作 物 学 报 第34卷
表3 各性状等位变异有关的载体品种编号表
Table 3 Code of carrier cultivars with alleles in various traits
代号Code 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
品种 Cultivar
滨海大白花Binhaidabaihua 福豆234 Fudou 234 冀豆5号Jidou 5 南农88-48 Nannong 88-48 南农99-6 Nannong 99-6 沁阳水白豆Qinyangshuibaidou商丘7608 Shangqiu 7608 苏豆1号Sudou 1 皖豆19 Wandou 19 湘豆3号Xiangdou 3 豫豆25 Yudou 25 豫豆27 Yudou 27 郑92116 Zheng 92116 中豆26 Zhongdou 26 中豆31 Zhongdou 31 中豆8号Zhongdou 8 中黄19 Zhonghuang 19 徐豆10号Xudou 10 豫豆23 Yudou 23 豫豆28 Yudou 28 豫豆26 Yudou 26 南农99-10 Nannong 99-10 鄂豆7号Edou 7 贡豆12 Gongdou 12 黄毛豆Huangmaodou 科丰37 Kefeng 37 科新4号Kexin 4 鲁豆12 Ludou 12 猫儿灰Mao’ erhui
南农1138-2 Nannong 1138-2 濮海10号Puhai 10 苏豆3号Sudou 3 苏协18-6 Suxie 18-6
代号Code
品种 Cultivar
34 苏协1号Suxie 1 35 苏协4-1 Suxie 4-1 36 通豆3号Tongdou 3 37 皖豆20 Wandou 20 38 湘秋豆1号Xiangqiudou 139 川豆6号Chuandou 6 40 地神21 Dishen 21 41 地神22 Dishen 22 42 东辛2号Dongxin 2 43 贡豆5号Gongdou 5 44 合豆2号Hedou 2 45 淮豆3号Huaidou 3 46 淮豆5号Huaidou 5 47 晋豆23 Jindou 23 48 南农128 Nannong 128 49 宁镇1号Ningzhen 1 50 黔豆2号Qiandou 2 51 黔豆6号Qiandou 6 52 商丘1099 Shangqiu 1099 53 泗豆11 Sidou 11 54 泰兴黑豆Taixingheidou 55 皖豆21 Wandou 21 56 徐豆1号Xudou 1 57 豫豆29 Yudou 29 58 沧豆4号Cangdou 4 59 川豆2号Chuandou 2 60 阜豆1号Fudou 1 61 贡豆6号Gongdou 6 62 科丰53 Kefeng 53 63 科丰6号Kefeng 6 64 科新6号Kexin 6 65 蒙庆6号Mengqing 6 66 泗豆2号Sidou 2
代号Code676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899
品种 Cultivar
皖豆13 Wandou 13 皖豆16 Wandou 16 徐豆8号Xudou 8 诱变30 Youbian 30 跃进10号Yuejin 10 郑交9525 Zheng 9525 滑豆20 Huadou 20 科丰36 Kefeng 36 科系8号Kexi 8 鲁豆10号Ludou 10 南农86-4 Nannong 86-4 南农88-31 Nannong 88-31 山宁8号Shanning 8 新黄豆Xinhuangdou 豫豆12 Yudou 12 浙春3号Zhechun 3 中黄25 Zhonghuang 25 中黄4号Zhonghuang 4 丰收黄Fengshouhuang 鲁豆2号Ludou 2
南农73-935 Nannong 73-935 宁镇2号Ningzhen 2 苏7209 Su 7209 徐豆3号Xudou 3 豫豆16 Yudou 16 豫豆19 Yudou 19 豫豆21 Yudou 21 豫豆22 Yudou 22
成都田坎豆Chengdutiankandou大方六月早Dafangliuyuezao 晋豆1号Jindou 1 晋豆4号Jindou 4 鲁宁1号Luning 1
代号Code
品种 Cultivar
100 南豆5号Nandou 5 101 南农242 Nannong 242 102 黔豆3号Qiandou 3 103 皖豆24 Wandou 24 104 文丰7号Wenfeng 7 105 郑90007 Zheng 90007 106 贡豆4号Gongdou 4 107 淮豆2号Huaidou 2 108 科新8号Kexin 8 109 鲁豆1号Ludou 1 110 南农493-1 Nannong 493-1 111 齐黄22 Qihuang 22 112 皖豆1号Wandou 1 113 为民1号Weimin 1 114 中黄15 Zhonghuang 15 115 中黄24 Zhonghuang 24 116 矮脚青Aijiaoqing 117 科丰15 Kefeng 15 118 豫豆3号Yudou 3 119 赣豆4号Gandou 4 120 合豆3号Hedou 3 121 淮豆4号Huaidou 4 122 齐黄5号Qihuang 5 123 诱变31 Youbian 31 124 诱处4号Youchu 4 125 豫豆8号Yudou 8 126 跃进5号Yuejin 5 127 周7327-118 Zhou 7327-118128 沛县大白角Peixiandabaijiao129 徐豆135 Xudou 135 130 徐豆2号Xudou 2 131 早熟18 Zaoshu 18
获指数关联位点对表型变异解释率累积达到60%以上; 荚粒数和百粒重关联位点对表型变异解释率累积达到30%以上。分析关联位点各等位变异的表型效应值, 发现同一位点等位变异间表型效应有很大差异。根据育种目标对性状要求, 表4列出各关联位点增效(减效)表型效应前2~4个等位变异、相应的效应值和典型品种。分析发现: (1) 产量关联位点的等位变异中Satt347-300为增效最大的(+932 kg hm−2, 中豆26载有); (2) 生物量关联位点的等位变异中Satt365-294为增效最大的(+3123 kg hm−2, 黄毛豆载有); (3) 表观收获指数关联位点的等位变异中
Satt365-375和Satt277-159为增效最大的(都为+2.9%, 东辛2号、泰兴黑豆); (4) 荚粒数关联位点的等位变异中Satt239-180为增效最大的(+0.24粒, 阜豆1号、贡豆6号等); (5) 百粒重关联位点的等位变异中Satt302-204与Satt311-219分别为增效(+3.00 g, 阜豆1号)和减效表型效应(−3.94 g, 丰收黄)最大的。在分子设计育种中, 这些片段很可能在培育优良品种中被利用。除了这些极值等位变异以外, 还有大量等位变异与大豆产量及其相关性状的表型效应关联(表4)。
大豆育成品种群体SSR位点(次)共有23个与全
第12期
张 军等: 大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析 2065 表4 与产量性状显著关联的位点及其等位变异所对应的表型效应和载体品种
Table 4 Phenotypic effect and carrier cultivars corresponded with the alleles and the loci significantly associated with yield-related traits 性状 Trait 产量 Yd
等位变异 表型效应Allele PE Sat_251-273 +306 1
载体品种
Carrier cultivar
2
9
11
12
13
17 22
14
1515
16 19 20
16 18
18 21
Sat_251-309 +191 8Satt365-303 +477 8Satt365-312 +230 3 4 6Satt311-258 +138 2 3 4 6Satt347-282 +262 1Satt443-273 +190 1
3 4 5 6 5 6
7777
1388
9
10
11
13
Satt311-249 +158 12
Satt347-300 +932 14
10
10
Satt443-264 +268 12
9
11
13
16 17 22
20
1515
14 17 19 21
Sat_299-357 +268 2 5 14
17
Sat_299-276 +135 16
+2091 25 29 38 生物量 Satt277-147
Bm Satt277-288 +1615 33 34 35 36
Satt365-294 +3123 25 38Satt365-303 +1098 32Sat_251-273 +554 2 24 29Sat_251-291 +390 23
25 27
28
30
3231
3333
34 35 36 14
15
36 37 20
Satt436-204 +1064 5 30Satt436-279 +292 26
14
+0.029 42 表观收Satt365-375
获指数 Satt365-366 +0.027 40 41 43 4731 52 55 Hi Sat_312-285 +0.017 39 5051
Sat_312-339 +0.010 40 41 44
31
52 56
Satt277-159 +0.029 54 Satt277-210 +0.024 45Satt277-264 +0.018 42 44
Satt277-255 +0.023 2 40 41 53 57
46
47
48
49
55 56
+0.24 60 61 44 9 6768 荚粒数 Satt239-180 Ns Satt239-189 +0.05 5859 62 6566 69 70 71 72
Sat_219-342 +0.17 62 26Satt708-276 +0.07 26
4445 64
64
68 70
69
68 70 71 72
Sat_219-333 +0.13 60 61 63
63
9
28
66
65
Satt708-258 +0.03 5859 45 28 67
+1.71 73 74 75 27 4677 48 80 百粒重 Sat_293-303 Sw Sat_293-294 +1.40 58 5 42 79 8182 83
Satt311-201 +1.36 58
74 75 27
76
46
77
48
79
54
81
82 83 84
Satt311-192 +1.24 73 5 42Satt302-231 +1.30 73 75 42Sat_293-315 Sat_293-258 Satt311-219 Satt311-282 Satt302-294 Satt302-285
−3.83 −2.01 −3.94 −3.26 −2.93 −1.95
58
78 76
77
7878
8048
79
Satt302-204 +3.00 81
76
83 84 86
84
85
86
54
54 85
46
80
74 5 27 82
PE: phenotypic effect; Yd: yield; Bm: biomass; Hi: apparent harvest index; Ns: number of seeds per pod; Sw: 100-seed weight. Num-bers for each carrier cultivar correspond with the codes for cultivars given in Table 3.
2066 作 物 学 报 第34卷
生育期、开花期性状关联; 27个与株高、倒伏性性状关联(表2)。根据育种目标对性状要求, 表5列出各关联位点增效(减效)表型效应排在前2位的等位变异、相应的效应值和载体品种。分析发现, 全生育期关联位点的等位变异中Sat_312-270与Satt277-159
分别为增效(+46.1 d)和减效(−21.0 d)最大的; 开花期关联位点的等位变异中Satt277-147与Satt659-267分别为增效(+13.5 d)和减效(−17.4 d)最大的; 株高关联位点的等位变异中Satt365-294与Satt277-159分别为增效(+91.4 cm)和减效(−9.1 cm) 最大的;
表5 与生育期等性状显著关联的位点及其等位变异对应的表型效应和载体品种
Table 5 Phenotypic effect and carrier cultivars of alleles at loci significantly associated with growth period and other traits
等位变异 表型效应 载体品种 Allele PE Carrier cultivar
+34.1 25 38 全生育期Satt277-147
Satt277-288 +11.3 16 33 34 3536 87 89 Dm
Satt365-294 +45.9 Sat_312-270 +46.1 Sat_312-330 +1.8 Satt277-159 –21.0 Satt277-273 –10.0 Satt365-402 –9.8 Satt365-357 –3.3 Sat_312-423 –15.0 Sat_312-303 –4.9
性状
Trait
25 38
36
Satt365-303 +9.1 16 33 34 35 90 59
87
76
89
90 91 92 93 94
25 33 36
54
88
91 92 93 94
88
66 58 59 54
76
58
66
+13.5 开花期 Satt277-147
Satt277-243 +9.2 Df
Satt659-165 +2.3
Satt020-204 +9.2 Satt020-195 +4.8 Satt277-159 –15.4 Satt277-273 –5.9 Satt659-267 –17.4 Satt659-192 –2.7 Satt020-141 –6.4
38
105
101 10531 100
97 97
9898
88
47 80
Satt659-174 +1.5 21 47 95
95
102
101
99
88
104
54 54
76
37 103 96
Satt020-132 –6.2 21 102 104
株高
Ph
Satt365-294 +91.4 Satt365-384 +6.5 Satt277-147 +67.2 Satt277-303 +13.0 Sat_238-372 +76.5 Sat_238-351 +7.0 Satt365-402 –6.2 Satt277-159 –9.1 Satt277-273 –8.3 Sat_238-279 –6.0
25 3825 38
115 110 25 74
3882
109
111
111 112 104 113114
106107108
109100
Satt365-321 –6.6 28 51 65 74
58 54 51 54
100
99
99
106107108
Sat_238-306 –3.7 28 65 82
倒伏性 Satt442-309 –0.7 Satt442-288 –0.1 2Ld
Satt643-327 –0.6 2
Satt643-318 –0.3 Satt210-297 –0.4 Satt210-252 –0.2 Sat_385-240 –0.2 Sat_385-285 –0.2
112 104 113114
101 17 74
26
63
75
76116117
94
31 47 19 19 74
40
94
90 118 90 94
75
76
117
118
17 47 116
57
57
31 40
26
63
PE: phenotypic effect; Dm: days to maturity; Df: days to flowering; Ph: plant height; Ld: lodging. Numbers for each carrier cultivar correspond
with the codes for cultivars given in Table 3.
第12期
张 军等: 大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析 2067 倒伏性关联位点的等位变异中Satt442-309为减效(−0.7)最大的(表5)。
大豆育成品种群体2年田间试验获得8个SSR位点与蛋白质含量、脂肪含量性状关联。根据育种目标对性状要求, 表6列出各关联位点增效表型效应排在前2位的等位变异、相应的效应值和载体
品种。蛋白质含量关联位点的等位变异中Be475343- 198为增效(+0.41%, 淮豆4号)最大的; 脂肪含量关联位点的等位变异中Satt150-273为增效(+2.32%, 科丰15特有)最大的。除这些极值等位变异以外, 还有一些等位变异与大豆品质性状的表型效应关联。
表6 与品质性状显著关联的位点及其等位变异对应的表型效应和载体品种
Table 6 Phenotypic effect and carrier cultivars of alleles at loci significantly associated with quality traits
等位变异 表型效应典型品种 Allele PE Typical cultivars
21 105 125 蛋白质Satt522-231 +0.31
含量 Satt522-249 +0.17 23 24 37 525962657280104 119120121 122 123 124 126127Pr Be475343-198 +0.41 23 24 5962657280104105119120121 122 125126127
Be475343-180 +0.14 21 37 52
性状 Trait
123 124
脂肪 含量
Fa
Satt284-288 +0.48 26 27Satt284-279
+0.20
2 15 17
10342
62
47
55
70
85
99
108 117 128 129 130126131
Satt150-273 +2.32 117 Satt150-255 +0.31 26 27
85
103108 128 129 130126
Sat_246-270 +0.87 17 47Sat_246-261 +0.59 42
6969
9970
55
5547
Satt557-225 +0.41 62Satt557-183
+0.16
2 15
26 27
42
13185
99103108 117 128 129 130
PE: phenotypic effect; Pr: protein content; Fa: fat content. Numbers for each carrier cultivar correspond with the codes for cultivars
given in Table 3.
3 讨论
3.1 大豆育成品种群体与大豆资源群体的关联分析结果比较
本研究对大豆育成品种群体进行关联分析, 与文自翔等[10]利用大豆地方品种群体和野生群体进行关联分析结果只有少数关联位点相同, 而大多数关联位点不同, 说明不同群体的遗传基础的确有相当大的差异, 应针对不同目标性状从不同材料中发掘有利基因。育成品种群体和资源群体比较, 百粒重关联位点各21和13个, 相同位点3个(Be820148, Satt277, Satt442); 全生育期关联位点分别是12个和20个, 相同位点1个(Sat_312); 开花期关联位点各11个和22个, 未检测到相同位点; 株高关联位点各14个和6个, 未检测到相同位点; 蛋白质含量关联位点各2个, 相同位点1个(Be475343); 脂肪含量关联位点各6个, 相同位点1个(Satt150)。鉴于这2类群体所用基本标记虽相同, 但密度偏稀, 加密后异同数可能会增多。
3.2 将大豆育成品种群体关联分析结果用于设计育种
利用本文关联分析结果, 根据大豆育种目标要
求可进行育种设计, 将不同位点上的优良等位变异聚合于一体, 改良单个性状或综合性状。
表4列出对产量有重要影响的6个关联位点及每个位点前2个表型效应大的等位变异。含有表型效应最大等位变异(Satt347-300)的材料中豆26和中豆31, 共同含有4个优异等位变异。与这2个材料等位变异存在互补关系的有苏豆1号(Sat_251-309, Satt365- 303, Satt311-258, Satt347-282)、郑92116(Sat_251-309, Satt365-312, Satt311-258, Satt443-264)、福豆234 (Sat_251- 273, Satt311-258, Sat_299-357)、中黄19 (Satt365-312, Satt347-282, Satt443-273, Sat_299-357)等材料。它们间重组可能聚合更多有利等位变异, 培育出产量更高的大豆品种。
表4列出对百粒重有重要影响的3个关联位点及每个位点前2个表型效应大的等位变异。含有表型效应最大等位变异(Satt302-204)的材料只有徐豆12, 它含有3个优异等位变异。与这个材料存在互补关系有淮豆5号、科丰36、南农128、南农86-4(都含有Sat_293-303和Satt311-201)等材料。它们间重组可能培育出百粒重更高的大豆品种。
表6列出仅有2个蛋白质含量关联位点及每个
2068 作 物 学 报 第34卷
位点前2个表型效应大的等位变异。含有2个位点表型效应都大的等位变异(Be475343-198, Satt522- 231)材料豫豆8号和郑90007, 利用这2个材料可以改良其他材料蛋白质含量。
表6列出对脂肪含量有重要影响的4个关联位点及每个位点前2个表型效应大的等位变异。含有表型效应最大等位变异(Satt150-273)的材料仅有科丰15, 它含有3个优异等位变异。利用与这个材料存在互补关系的科丰37、皖豆24、科新4号(都含有Satt284-288, Satt150-255, Satt557-183)等材料进行重组, 可能培育出脂肪含量更高的大豆品种。
以上是单个性状改良的简单设计, 可以从多个亲本中聚合多个位点的优良等位变异, 同理可作多个性状改良的设计。如利用含有高产等位变异的福豆 234 (Sat_251-273, Satt311-258)、中豆31 (Satt311-258, Satt347-300, Satt443-273, Sat_299-357)等与含有早熟等位变异的沧豆4号(Satt365-402, Sat_312-303)、宁镇2号(Satt277-273, Sat_312-303)等材料作亲本进行杂交, 可能培育出早熟高产大豆品种。这些设计育种探讨的准确性受作图精确性及统计真实性等因素的影响, 有待今后进一步实验的验证。
4 结论
大豆育成品种群体在公共图谱上不论共线性或非共线性的SSR位点组合广泛存在连锁不平衡(LD), 但不平衡程度D′>0.5的组合数只占总位点组合的1.71%, 共线位点D′值随遗传距离衰减较快。育成品种群体由7个亚群体组成, 矫正后全群体中共有45个位点累计有136个位点(次)与11个大豆农艺性状QTL关联, 其中22个位点(次)与家系连锁定位的QTL区间相重, 有43个位点(次) 2年重复出现。一些标记同时与2个或多个性状关联, 可能是性状相关或一因多效的遗传基础。育成品种群体关联位点与地方品种群体和野生群体只有少数相同, 群体间育种性状的遗传结构有相当大的差异。发掘出农艺性状优异等位变异及其载体品种, 在此基础上作了设计育种的探讨。
致谢: 本试验得到刘正才、陈俊辉、周慧琴、文自翔、黄中文、邢光南、熊冬金、卢坤陇、吴可菁、杨占花、江南屏等同学帮助, 谨表谢忱。
References
[1] Flint-Garcia S A, Thuillet A C, Yu J M, Pressoir G, Romero S
M, Mitchell S E, Doebley J, Kresovich S, Goodman M M, Buckler E S. Maize association population: A high resolution platform for quantitative trait locus dissection. Plant J, 2005, 44: 1054−1064
[2] Eizenga G C, Agrama H A, Lee F N, Yan W, Jia Y. Identify-ing novel resistance genes in newly introduced blast resistant rice germplasm. Crop Sci, 2006, 46: 1870−1878
[3] Maccaferri M, Sanguineti M C, Noli E, Tuberosa R. Popula-tion structure and long-range linkage disequilibrium in a du-rum wheat elite collection. Mol Breed, 2005, 15: 271−289 [4] Roy J K, Bandopadhyay R, Rustgi S, Balyan H S, Gupta P K.
Association analysis of agronomically important traits using SSR, SAMPL and AFLP markers in bread wheat. Curr Sci, 2006, 90: 683−689
[5] Agrama H A, Eizenga G C, Yan W. Association mapping of
yield and its components in rice cultivars. Mol Breed, 2007, 19: 341−356
[6] Wilson L M, Whitt S R, Ibáñez A M, Rocheford T R, Good-man M M, Buckler E S. Dissection of maize kernel composi-tion and starch production by candidate gene association. Plant Cell, 2004, 16: 2719−2733
[7] Ivandic V, Hackett C A, Nevo E, Keith R, Thomas W T B,
Forster B P. Analysis of simple sequence repeats (SSRs) in wild barley from the Fertile Crescent: Associations with ecology, geography and flowering time. Plant Mol Biol, 2002, 48: 511−527
[8] Thornsberry J M, Goodman M M, Doebley J, Kresovich S, Niel-sen D, Buckler E S. Dwarf8 polymorphisms associate with varia-tion in flowering time. Nat Genet, 2001, 28: 286−289
[9] Breseghello F, Sorrells M E. Association mapping of kernel
size and milling quality in wheat (Triticum aestivum L.) cul-tivars. Genetics, 2006, 172: 1165−1177
[10] Wen Z-X(文自翔), Zhao T-J(赵团结), Zheng Y-Z(郑永战),
Liu S-H(刘顺湖), Wang C-E(王春娥), Wang F(王芳), Gai J-Y(盖钧镒). Association analysis of agronomic and quality traits with SSR markers in Glycine max and Glycine soja in China: I. Population structure and associated markers. Acta Agron Sin (作物学报), 2008, 34(7): 1169−1178 (in Chinese with English abstract)
[11] Aljanabi S M, Forget L, Dookun A. An improved and rapid
protocol for the isolation of polysaccharide- and polyphe-nol-free sugarcane DNA. Plant Mol Biol Rep, 1999, 17: 1−8
[12] Cregan P B, Jarvik T, Bush A L, Shoemaker R C, Lark K G,
Kahler A L, Kaya N, Van Toai T T, Lohnes D G, Chung J,
第12期
张 军等: 大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析 2069 Specht J E. An integrated genetic linkage map of the soybean genome. Crop Sci, 1999, 39: 1464−1490
[13] Farnir F, Coppieters W, Arranz J J, Berzi P, Cambisano N,
Grisart B, Karim L, Marcq F, Moreau L, Mni M, Nezer C, Simon P, Vanmanshoven P, Wagenaar D, Georges M. Exten-sive genome-wide linkage disequilibrium in cattle. Genome Res, 2000, 10: 220−227
[14] Pritchard J K, Stephens M, Donnelly P. Inference of popula-tion structure using multilocus genotype data. Genetics, 2000,
155: 945−959
[15] Edward Buckler Lab. Maize Diversity Research (2007-01-30)
http://www.maizegenetics.net/bioinformatics/tassel [2007-03-20] [16] Wen Z-X(文自翔), Zhao T-J(赵团结), Zheng Y-Z(郑永战), Liu
S-H(刘顺湖), Wang C-E(王春娥), Wang F(王芳), Gai J-Y(盖钧镒). Association analysis of agronomic and quality traits with SSR markers in Glycine max and Glycine soja in China: Ⅱ. Ex-ploration of elite alleles. Acta Agron Sin (作物学报), 2008, 34(8): 1339−1349 (in Chinese with English abstract)
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《作物学报》是中国科学技术协会主管、中国作物学会和中国农业科学院作物科学研究所共同主办、科学出版社出版的有关作物科学的全国性学术期刊，前身可追溯到1919年1月中华农学会创办的《中华农学会丛刊》。主要刊登农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、生态、种质资源、谷物化学、贮藏加工以及与农作物有关的生物技术、生物数学、生物物理、农业气象等领域以第一手资料撰写的学术论文、研究报告、简报以及专题综述、评述等。读者对象是从事农作物科学研究的科技工作者、大专院校师生和具有同等水平的专业人士。
《作物学报》从1999年起连续10年获“国家自然科学基金重点学术期刊专项基金”的资助，2006—2008年连续3年获“中国科协精品科技期刊工程项目（B类）”资助。从2002年起连续6年被中国科技信息研究所授予“百种中国杰出学术期刊”称号。2005年获“第三届国家期刊奖提名奖”。据北京大学图书馆编著的《中文核心期刊要目总览（2008年版）》登载，《作物学报》被列在“农学、农作物类核心期刊表”的首位。
《作物学报》为月刊，2009年192页/期，定价：50元/册，全年600元。可通过全国各地邮局订阅，刊号：ISSN 0496-3490，CN 11-1809/S，邮发代号：82-336。也可向编辑部直接订购。
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