高油大豆品種合農(nóng)75油分分子標記遺傳解析

李燦東，王志新，鄭 偉，趙海紅，張振宇，徐杰飛，郭美玲，郭 泰

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院佳木斯分院/國家大豆區(qū)域技術創(chuàng)新中心/ 國家大豆產(chǎn)業(yè)技術體系佳木斯綜合試驗站，黑龍江 佳木斯 154007)

大豆是重要的油料作物之一，產(chǎn)品主要用于榨油。大豆油在眾多植物油中占有重要地位，含有豐富全面的油脂營養(yǎng)成分[1]。全世界大豆油的生產(chǎn)量僅次于棕櫚油，位居所有油脂產(chǎn)品第二位，消費量占食用油總量的51.7%，且保持逐年穩(wěn)定增長趨勢[2]。預計到2022年全球大豆油消費量將突破7 000萬t。中國是大豆油生產(chǎn)和消費大國，2017年大豆油消費量為1 655萬t，占全球大豆油總消費量的30.35%，中國大豆油主要來源于國內壓榨和直接進口，2018年全國大豆壓榨總量8 860.2萬t，其中進口大豆8 803.0萬t，國產(chǎn)大豆57.2萬t，因此國產(chǎn)大豆壓榨量比重極低[3]。原因主要有兩方面，一是國產(chǎn)大豆種植面積小、油用大豆生產(chǎn)總量不足，供需矛盾突出；二是國產(chǎn)大豆品種出油率低，一般在16%～17%之間(濕基)，較進口轉基因大豆出油率(19%～20%)低2～3個百分點。因此，選育及種植高油大豆品種是在有限大豆產(chǎn)量基礎上提高產(chǎn)油率的有效途徑[4]。

我國高油大豆品種及種植主要集中在北方，生產(chǎn)上油分含量突出、豐產(chǎn)性及適應性好的品種較少。合農(nóng)75是黑龍江省高油主栽大豆品種，該品種是國家及黑龍江省兩級審定大豆品種，經(jīng)農(nóng)業(yè)部谷物及制品質量監(jiān)督檢驗測試中心檢測分析，該品種國審油分平均含量23.40%，省審油分平均含量22.92%。油分含量較農(nóng)業(yè)部規(guī)定的高油大豆(21.5%)標準高1.42～1.90個百分點，較進口轉基因大豆高2.0～2.5個百分點，較國產(chǎn)普通大豆高3～4個百分點[5]。此外，該品種省級生產(chǎn)試驗平均產(chǎn)量200.0 kg，較國內同類品種合豐25、合豐35、合豐50、合豐55、墾豐16、黑農(nóng)48、綏農(nóng)26等產(chǎn)量提高21.1～62.0 kg，較世界大豆平均產(chǎn)量提高35.3 kg；抗生產(chǎn)上3種主要病害(灰斑病、疫霉病和病毒病SMVⅠ號株系)，抗病性突出[6]。該品種屬于典型的高油、高產(chǎn)、多抗大豆品種，品種選育對我國油用大豆生產(chǎn)及大豆油生產(chǎn)加工具有重要意義[7]。合農(nóng)75采用傳統(tǒng)雜交與分子設計育種相結合的方法，在親本綜合性狀聚合與油分含量特性精準選擇的基礎上，既遺傳了雙親的優(yōu)良綜合性狀，又超親了油分含量。充分利用了母本合豐50油分含量突出的優(yōu)勢及父本抗線4號抗病性突出的優(yōu)異特性，創(chuàng)造出油分含量超過雙親的優(yōu)良品種[8-10]。

近年來，關于大豆油分含量分子標記及基因定位研究報道逐漸增多，研究發(fā)現(xiàn)了大量的油分含量分子標記及QTL位點。姚丹等[11]利用F2群體對大豆油分含量進行QTL分析，共檢測到2個主效QTLs和2個微效QTLs；王囡囡[12]利用重組自交系群體確定6個QTL位點位于3條連鎖群上；寧海龍等[13]利用大豆四向重組自交系群體對油分含量進行QTL分析，共定位了39個油分含量QTLs，對表型效應的貢獻率為7.3%～25.68%。本研究選用的油分含量SSR分子標記來自何月鵬[14]、于志遠等[15]、葛振宇[16]、任君等[17]、姜振峰[18]、Leite[19]等關于大豆油分含量QTL定位研究，這些SSR分子標記穩(wěn)定性好、重復率高、遺傳貢獻率較大，是重要的大豆油分含量分子標記。雖然大量油分含量分子標記被相繼報道，但目前仍然缺乏功能型分子標記，隨著功能基因組學的發(fā)展，期待大豆油分含量功能型分子標記被挖掘出來，實現(xiàn)分子輔助選擇及設計育種。本研究對已報道的高油分子標記，結合高油大豆品種合農(nóng)75的分子標記遺傳解析，分離出高油基礎性分子標記、高油分子標記及高油潛力分子標記，為高油大豆品種或材料選育及資源鑒定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大豆品種合農(nóng)75及其2個親本(母本合豐50和父本抗線4號)，均由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院佳木斯分院大豆育種研究所提供。大豆油分含量相關SSR分子標記39個詳見表1。

1.2 試驗方法

將合農(nóng)75及其2個親本分別種植于盆栽中，每品種3盆，每盆15株。待植株長到1～2片三出復葉時取葉片，每品種每盆取2～3片嫩綠新葉，液氮速凍置于-80 ℃低溫冰箱中，以備提取品種DNA，DNA提取采用CTAB法[20](表2)。以合農(nóng)75及其2個親本品種的DNA為樣本，采用毛細管電泳方法檢測39個油分含量SSR分子標記的PCR片段長度。檢測由上海生工進行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)整理及計算，利用SPSS 17.0軟件進行方差分析。

表1 大豆油分含量SSR分子標記及文獻

表2 CTAB法提取DNA方法及步驟

2 結果與分析

2.1 大豆油分含量SSR分子標記PCR片段長度分析

對大豆39個油分含量SSR分子標記在合農(nóng)75及其2個親本中進行PCR擴增，利用毛細管電泳技術檢測PCR片段長度情況。結果表明，在39個SSR分子標記中，合農(nóng)75擴增片段長度與母本合豐50一致的分子標記有15個，其中有5個SSR標記在父本抗線4號中無擴增產(chǎn)物，其余10個SSR標記在抗線4號中有擴增產(chǎn)物，Satt 468和Satt 192兩個標記在抗線4號中PCR片段長度較低，在合豐50和合農(nóng)75中PCR片段長度較高，片段長度差異達到顯著水平，Satt 179、Satt 510、Sat_194、Satt 353、Satt 358、Satt 364、Satt 396和Satt 442等10個分子標記在抗線4號中PCR片段長度較高，在合豐50和合農(nóng)75中PCR片段長度較低，片段長度差異達到顯著水平；合農(nóng)75擴增片段長度與父本抗線4號一致的分子標記有4個，且這些標記在合豐50中無擴增產(chǎn)物；有18個油分含量SSR分子標記在合農(nóng)75及其2個親本中具有一致的PCR片段長度，有2個SSR分子標記僅在合豐50和抗線4號中具有PCR片段長度，在合農(nóng)75中無片段長度(表3)。

2.2 油分含量SSR分子標記遺傳分析

如圖1所示，有15個油分含量SSR分子標記在合農(nóng)75和合豐50間具有一致的PCR片段長度，表明這些標記是合農(nóng)75和母本合豐50共同存在的，是合農(nóng)75遺傳于母本的油分含量分子標記，遺傳貢獻率為38.46%；有4個油分含量SSR分子標記在合農(nóng)75和抗線4號間具有一致的PCR片段長度，表明這些標記是合農(nóng)75和父本抗線4號共同存在的，是合農(nóng)75遺傳于父本的油分含量分子標記，遺傳貢獻率為10.26%；有18個SSR分子標記在合農(nóng)75及其親本間均具有一致的PCR片段長度，表明這些標記是合農(nóng)75共同遺傳于雙親的油分含量分子標記，遺傳貢獻率為46.15%；另有2個分子標記僅在2個親本中具有PCR片段長度，在合農(nóng)75中無擴增產(chǎn)物，比率為5.13%。因此，在本研究39個油分含量SSR分子標記中，合農(nóng)75遺傳于母本合豐50的標記數(shù)量為33個，遺傳貢獻率為84.62%；合農(nóng)75遺傳于父本抗線4號的標記數(shù)量為22個，遺傳貢獻率為56.41%；合農(nóng)75共同遺傳于雙親標記數(shù)量為18個，遺傳貢獻率為46.15%(表4)。

表3 油分含量SSR分子標記在合農(nóng)75及親本中PCR片段長度及遺傳情況

圖1 合農(nóng)75及親本間油分含量SSR分子 標記一致性分析

表4 油分含量SSR分子標記在合農(nóng)75及親本中的累計遺傳貢獻率

3 討 論

研究結果表明，同時遺傳自2個親本的高油SSR分子標記有18個，這些標記在親本和子代中同時存在，屬于油分含量基礎性分子標記。品種或材料含有這些標記不代表油分含量一定高，但油分含量高的品種或材料普遍含有這些基礎性標記，含有這些分子標記是具備高油特性必要條件。研究結果中，合農(nóng)75僅遺傳于母本合豐50的SSR分子標記有15個，這些分子標記在父本抗線4號中不存在，是合農(nóng)75定向遺傳于母本的高油分子標記，由于合豐50具有高油特性(22.57%)，因此合農(nóng)75遺傳于母本的高油分子標記屬于高油分子標記，是大豆品種或材料高油特性應具備的分子標記。另外，合農(nóng)75僅遺傳于父本抗線4號的SSR分子標記有4個，這些分子標記在母本中不存在，是合農(nóng)75定向遺傳于父本的分子標記，雖然父本油分含量并不突出，但這些標記與母本合豐50高油標記具有基因累加與聚合的作用，從而使得子代合農(nóng)75油分含量超親(23.40%)。因此，雙親油分含量分子標記及基因的聚合是合農(nóng)75油分含量突出的主要原因。

本研究對高油大豆品種或材料創(chuàng)新及親本選擇具有一定的理論指導意義。在配制雜交組合方面，母本應具備高油特性及含有高油分子標記，可以利用本研究獲得的15個高油分子標記進行篩選鑒定，保證親本具有高油特性，父本不要求油分含量突出，但要包含具有高油潛力的分子標記，利用本研究獲得的4個高油標記進行篩選鑒定，與母本高油分子標記產(chǎn)生基因累加與聚合效應，從而使后代群體分離出具有高油特性的材料，利用分子標記輔助選擇對后代材料進行篩選及鑒定，在低世代對群體龐大的材料進行提前鑒定，規(guī)避了常規(guī)選擇的盲目性及漏掉高油優(yōu)異材料，使得選擇更有針對性，大大提高選擇效率及選擇準確性，實現(xiàn)了分子標記選擇育種。在高油材料分子鑒定中，本研究結果具有一定理論依據(jù)。利用15個高油SSR分子標記可實現(xiàn)資源材料高油特性鑒定，利用4個高油潛力SSR分子標記可實現(xiàn)對具有高油潛力資源材料的篩選及鑒定。本研究針對已報道的高油分子標記，結合高油大豆品種合農(nóng)75的分子標記遺傳解析，分離出高油基礎性分子標記、高油分子標記及高油潛力分子標記，為高油大豆品種或材料選育及資源鑒定提供理論依據(jù)。

4 結 論

有15個SSR標記在合農(nóng)75與母本合豐50間具有一致PCR片段長度，遺傳率為38.46%，這些標記屬于高油分子標記；有4個SSR標記在合農(nóng)75與父本抗線4號間具有一致PCR片段長度，遺傳率為10.26%，這些標記屬于高油潛力分子標記；有18個SSR標記在子代與雙親間共同存在，遺傳率為46.15%，這些標記屬于高油基礎性分子標記。合農(nóng)75遺傳于母本合豐50的標記數(shù)量為33個，遺傳貢獻率為84.62%；合農(nóng)75遺傳于父本抗線4號的標記數(shù)量為22個，遺傳貢獻率為56.41%；合農(nóng)75共同遺傳于雙親標記數(shù)量為18個，遺傳貢獻率為46.15%。