大豆根部水壓脅迫耐逆指數(shù)遺傳體系解析

王吳彬 童 飛 KHAN Mueen Alam 張雅軒 賀建波郝曉帥 邢光南 趙團結(jié) 蓋鈞鎰,*

1南京農(nóng)業(yè)大學大豆研究所 / 國家大豆改良中心 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大豆生物學與遺傳育種重點實驗室(綜合) / 作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點實驗室 / 江蘇作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇南京 210095; 2江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學研究所, 江蘇徐州 221131

大豆[Glycine max(L.) Merr.]是重要的植物蛋白質(zhì)和油料作物, 近年來在世界上迅速發(fā)展。地球上41%的陸地面積屬于干旱地區(qū)[1], 即使?jié)駶櫯c半濕潤地區(qū), 由于氣候變化問題, 季節(jié)性干旱也經(jīng)常發(fā)生[2]。干旱或持續(xù)缺水是限制大豆生長發(fā)育及產(chǎn)量實現(xiàn)的最重要環(huán)境因素。溫室及田間研究表明, 水分脅迫能使大豆產(chǎn)量降低 24%～50%[3-4], 嚴重情況下甚至絕收。因而, 解析大豆耐旱性的遺傳機制, 具有重要的育種價值。

干旱可發(fā)生在大豆生長發(fā)育的不同階段, 包括苗期、開花期和鼓粒期等。苗期耐旱性鑒定具有試驗周期短的特點, 能有效加快耐旱性遺傳研究及育種利用進程。耐旱性評價方法有多種, 包括田間鑒定法[5]、干旱棚盆栽法[6]、實驗室法[7](水培法和高滲溶液法等)等。耐旱性評價指標包括株高、干重等生長性狀和葉片相對含水量和脯氨酸含量等生理生化性狀等。

在水分脅迫下, 植物適應逆境, 主要通過積累大量有機或無機物質(zhì)來調(diào)節(jié)細胞質(zhì)的滲透勢, 保護酶、蛋白質(zhì)和生物膜系統(tǒng)[8]。有機物質(zhì)以脯氨酸、可溶性糖和甜菜堿甘露醇為主, 其中, 脯氨酸是一種溶解度高的小分子滲透物質(zhì), 具有良好的水合性, 在植物受到逆境環(huán)境時能夠大量積累, 可有效減少植物體內(nèi)水分散失, 實現(xiàn)細胞和組織的保水或吸水, 抑制逆境對植物細胞膜透性的破壞, 同時提高抗氧化酶的活性, 從而減輕逆境造成的傷害[9]。目前, 脯氨酸含量是植物抗逆生理生化研究中通用的一項重要指標[10]。

由于大豆耐旱性易受環(huán)境影響, 表型鑒定困難, 導致了其遺傳研究滯后于其他性狀。截止目前, SoyBase網(wǎng)址(https://www.soybase.org/)共收錄88個耐旱性QTL, 其中62個QTL來自于9個不同雜交組合衍生的重組自交系群體, 另外26個QTL是通過不同群體QTL元分析獲得, 這些QTL分布在除15號染色體以外的所有染色體上, 其中12號和17號染色體上分布的QTL最多, 可能攜帶主效耐旱性位點, 具體信息見表1。

為解析大豆苗期耐旱性的遺傳基礎(chǔ), 前期研究構(gòu)建了一套來自蒙8206 (Meng 8202, M)、通山薄皮黃豆甲(Tongshanbopihuangdoujia, T)和正陽白毛平頂(Zhengyangbaimaopingding, Z)的巢式關(guān)聯(lián)作圖群體(population from Meng 8202, Tongshanbopihuangdoujia and Zhengyangbaimaopingding, MTZ), 并以根長、莖長、植株長度(根+莖)和干重等生長性狀為指標, 檢測到 157個耐旱性 QTL[19-20]。在此基礎(chǔ)上, 本研究將耐旱指標拓展到生理性狀, 在 15% PEG-6000模擬干旱條件下, 以脯氨酸含量為基礎(chǔ)的根部水壓脅迫耐逆指數(shù)為指標, 分別在春季和夏季 2個環(huán)境下評價 MTZ群體苗期耐旱性; 然后, 聯(lián)合 MTZ群體表型與基因型, 利用限制性二階段多位點全基因組關(guān)聯(lián)分析方法(restricted two-stage multilocus genomewide GWAS, RTM-GWAS), 解析了MTZ群體苗期根部水壓脅迫耐逆指數(shù)的遺傳體系, 以期發(fā)掘控制大豆苗期耐旱性的主要位點及其候選基因, 為大豆耐旱性分子育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

為解析大豆耐旱性的遺傳基礎(chǔ), 課題組前期構(gòu)建了一套以敏旱材料蒙 8206 (M, 熟期組 V)為共同母本, 耐旱材料通山薄皮黃豆甲(T, 熟期組 VI)和正陽白毛平頂(Z, 熟期組 V)為父本的巢式關(guān)聯(lián)作圖群體MTZ。MTZ群體共包含409個重組自交系, 其中285份家系來自蒙 8206×通山薄皮黃豆甲(M8206 ×Tongshanbopihuangdoujia, MT), 124份來自蒙8206×正陽白毛平頂(M8206 × Zhengyangbaimaopingding,MZ)。MT和 MZ群體構(gòu)建方法如下: 以蒙 8206為共同母本, 分別與通山薄皮黃豆甲和正陽白毛平頂雜交, 獲得F1, 后經(jīng)單籽傳法自交至7代, 得到重組自交系群體。上述材料均由南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心種質(zhì)資源庫提供。

表1 文獻報道的部分大豆耐旱性位點信息Table 1 Information of drought tolerance QTLs reported in the literatures

1.2 試驗設計及群體表型評價

試驗在南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心溫室中進行, 采用完全隨機區(qū)組設計, 3次重復, 分別在春季(2017年4月, 溫度大約6～24℃)和夏季(2017年6月, 溫度大約21～32℃) 2個環(huán)境下進行。鑒定方法如下: 首先, 剪裁邊長約20 cm的正方形濾紙, 選取MTZ群體及其3個親本各7粒種子, 均勻排列在濾紙上方三分之一處, 勻速卷動濾紙, 保證種子不移位, 卷好后分上中下 3處將紙卷用膠帶固定, 然后垂直插入500 mL (直徑9 cm, 高11 cm)的塑料杯中,杯中注水; 選擇長勢一致的大豆植株, 每個處理留2株, 為保證不傷及試驗所用幼苗, 將其余幼苗用剪刀剪除; 待植株生長至V1期(第1片三出復葉展開)時, 對幼苗進行含有 15% PEG-6000 (聚乙二醇)的Hoagland營養(yǎng)液脅迫處理, 營養(yǎng)液每周更換 1次;待植株長到 V2期(第 2片三出復葉展開)時, 采取第 2片三出復葉中間小葉進行葉片脯氨酸含量測定。

采用酸性茚三酮顯色法測定葉片脯氨酸含量[21-22], 根據(jù)耐旱親本通山薄皮黃豆甲和正陽白毛平頂葉片脯氨酸含量均值計算每份材料的根部水壓脅迫耐逆指數(shù)(RHSTI), 以增加不同重復和環(huán)境間表型數(shù)據(jù)的可比性, 計算公式為 RHSTIijk=LPCijk/(LPCijT+ LPCijZ)/2, RHSTIijk代表第i個環(huán)境、第j次重復中第k個家系的根部水壓脅迫耐逆指數(shù),LPCijk表示第i個環(huán)境、第j次重復中第k個家系的葉片脯氨酸含量; LPCijT表示第i個環(huán)境、第j次重復中耐旱親本通山薄皮黃豆甲的葉片脯氨酸含量;LPCijT表示第i個環(huán)境、第j次重復中耐旱親本正陽白毛平頂?shù)娜~片脯氨酸含量。RHSTI值越大, 表示材料越耐旱。

1.3 MTZ群體基因型鑒定

采用 CTAB法從大豆葉片中提取大豆基因組DNA, 經(jīng)TaqI酶切后, 選取 400～700 bp之間的DNA片段, 利用Illumina HiSeq 2000測序儀的多元鳥槍法基因分型策略[23], 測定 DNA片段兩端堿基序列, 可讀取長度90 bp。采用SOAP2軟件[24]將測序獲得的原始測序reads與Williams 82參考基因組(Glyma.Wm82.a1.v 1.1)進行比對。利用基于貝葉斯模型的realSFS軟件[25]進行SNP基因型的鑒定。用以下標準對MTZ群體的SNP進行篩選, 缺失和雜合率≤30%, 最小等位基因頻率≥1% (如果存在第 3個或更多個等位基因時, 則用缺失等位基因替換)。通過RAD-seq測序, MZ和MT群體最終分別獲得66,677和55,958個SNP, 用于后續(xù)劃分SNP連鎖不平衡區(qū)段(SNP linkage disequilibrium block,SNPLDB)標記。此部分工作由深圳華大基因科技有限公司完成。

對MTZ群體SNP數(shù)據(jù)進行嚴格過濾, 僅保留基因分型率 80%以上的 SNP標記, 通過并集方式, 把MTZ群體的 SNP數(shù)據(jù)進行合并, 獲得 55,936個SNP。使用fastPHASE軟件[26]對缺失SNP進行填補,利用Haploview軟件[27]根據(jù)MTZ群體的55,936個SNP標記劃分單倍型區(qū)段, 使用默認設置的置信區(qū)間法定義區(qū)段, 最大距離和最小 MAF分別設置為200 kb和0.01。位于1個 LD (linkage disequilibrium)區(qū)段內(nèi)緊密連鎖的多個 SNP, 整合在一起作為該基因組區(qū)域的一段序列, 劃分為1個SNPLDB標記?；谝陨戏椒? MTZ群體共檢出55,936個SNP組成的6137個SNPLDB標記用于后續(xù)分析。該群體基因型已應用于以根長、莖長、植株長度(根+莖)和干重等生長性狀為指標的耐旱性遺傳研究[19-20]。

1.4 MTZ群體全基因組關(guān)聯(lián)分析

采用賀建波等[28]提出的限制性二階段多位點全基因組關(guān)聯(lián)分析方法(RTM-GWAS)進行大豆根部水壓脅迫耐逆指數(shù)遺傳解析。所用分子標記是MTZ群體的6137 SNPLDB, 表型數(shù)據(jù)是2個環(huán)境下大豆根部水壓脅迫耐逆指數(shù)(含每個環(huán)境下的 3次重復數(shù)據(jù))。RTM-GWAS關(guān)聯(lián)分析分2個階段進行, 在第1階段, 基于簡單線性模型(simple linear model)進行單位點關(guān)聯(lián)檢驗(single-locus association test), 對SNPLDB標記進行初步篩選(從6137個SNPLDB中選出 2708個); 在第 2階段, 對第 1階段篩選到的2708個顯著標記, 利用多位點逐步回歸模型進行篩選, 并估計等位變異的效應。在這2個階段中, 將基于SNPLDB標記的個體間遺傳相似系數(shù)矩陣的前10個特征向量作為協(xié)變量進行群體結(jié)構(gòu)控制。為檢測到更多的候選關(guān)聯(lián)位點, 初步篩選標記和多位點逐步回歸關(guān)聯(lián)分析時, 顯著水平分別為P=0.05和P=0.01, 遺傳力控制在37.9%以內(nèi)。

1.5 MTZ群體QTL-等位變異矩陣構(gòu)建

將RTM-GWAS關(guān)聯(lián)分析檢測到的QTL及等位變異效應構(gòu)建 QTL-等位變異(QTL-allele)矩陣, 構(gòu)建方法如下: 以 409個家系為橫坐標, 以關(guān)聯(lián)SNPLDB位點為縱坐標, 每個單元格表示某一家系在特定關(guān)聯(lián)標記上的等位變異效應。為簡化表示該矩陣, 用不同顏色梯度來表示等位變異效應值的變化趨勢, 紅色表示增效等位變異, 逐步過渡到藍色來表示減效等位變異。

1.6 大豆苗期耐旱性候選基因分析

以課題組前期鑒定的耐旱材料光澤黃莢豆為材料, 用Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)至V1期, 后用含有15%PEG-6000的Hoagland營養(yǎng)液進行脅迫處理12 h, 分別取處理前后的葉片進行轉(zhuǎn)錄組測序, 測序深度為5倍。該測序工作委托上海伯豪生物技術(shù)有限公司進行。聯(lián)合關(guān)聯(lián)分析和轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果, 將位于QTL±500 kb區(qū)間內(nèi)(衰減距離)的差異表達基因認為本研究檢測到的耐旱性候選基因。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆MTZ群體及其親本根部水壓脅迫耐逆指數(shù)表現(xiàn)

在春季和夏季2個環(huán)境中, 3個親本蒙8206、正陽白毛平頂和通山薄皮黃豆甲的根部水壓脅迫耐逆指數(shù)RHSTI分別為0.35與0.17、1.05與1.04和0.95與 0.96, 共同親本蒙 8206較其他 2個親本 RHSTI存在顯著差異, 且較低, 說明其耐旱性較弱(表2和圖1)。在春、夏2個環(huán)境下, MTZ群體RHSTI均表現(xiàn)連續(xù)分布, 且具有較高遺傳力, 分別為 97.2%和97.9%, 表明PEG模擬干旱條件下大豆RHSTI屬于多基因控制的數(shù)量性狀。在春季環(huán)境下, MTZ群體RHSTI平均值為 0.69, 變幅為 0.11～2.94; 在夏季環(huán)境下, RHSTI均值為 0.65, 變幅為 0.03～1.93, 表明MTZ群體RHSTI存在廣泛變異, 適合大豆耐旱性遺傳解析。在 2個不同環(huán)境下, 誤差變異系數(shù)分別為13.2%和 12.1%, 均低于 15.0%, 說明本研究誤差控制較好。

表2 MTZ群體及其親本根部水壓脅迫耐逆指數(shù)RHSTI的描述性統(tǒng)計Table 2 Descriptive statistics of root hydraulic stress tolerance index (RHSTI) in the MTZ population

對2個不同環(huán)境下MTZ群體的RHSTI進行聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn), 群體在 RHSTI上表現(xiàn)連續(xù)分布, 均值為 0.68, 變幅為 0.09～2.80, 同樣顯示了廣泛的表型變異。聯(lián)合方差分析結(jié)果顯示, 家系以及家系×環(huán)境間均存在極顯著差異。在RHSTI上, 家系遺傳力為37.9%, 家系與環(huán)境互作遺傳力為 60.1%, 這與葉片脯氨酸含量在春季與夏季間差異較大相符, 可能與不同環(huán)境下氣溫差異較大有關(guān)(表3)。

2.2 MTZ群體根部水壓脅迫耐逆指數(shù) QTL-等位變異(QTL-allele)體系解析

聯(lián)合MTZ群體2個環(huán)境下的RHSTI表型數(shù)據(jù)和 6137個 SNPLDB標記基因型數(shù)據(jù), 通過RTM-GWAS方法, 在遺傳力控制在37.9%以內(nèi)的情況下, 共檢測到了45個與根部水壓脅迫耐逆指數(shù)顯著相關(guān)的 QTL, 顯著水平(-lgP)變幅為 11.7～73.0,12號染色體上的位點RHSTI12.2顯著性最高(圖2-A,B); 這些位點中, 有34個位點與環(huán)境存在顯著互作(QEI, QTL × Environment interaction), 具體結(jié)果見表4。檢測到的 QTL分布在大豆 Gm01、Gm02、Gm03、Gm04、Gm06、Gm07、Gm08、Gm09、Gm10、Gm11、Gm12、Gm13、Gm14、Gm15、Gm17、Gm18、Gm19和Gm20等18條染色體上, 每條染色上攜帶有 1個(Gm01、Gm04、Gm08和 Gm20)至 4個(Gm02、Gm09、Gm10和 Gm19) QTL。這些位點總計解釋37.58%的表型變異, 單個位點的貢獻率變幅為0.46%～3.09%; 其中有 7個 QTL的貢獻率≥1%, 歸為大貢獻 QTL, 應為控制大豆耐旱性的主要位點,累計解釋12.00%的表型變異; 另外38個QTL的表型貢獻率＜1%, 歸為小貢獻 QTL, 累計解釋 25.58%的表型變異。這些QTL中, 有33個位點與環(huán)境存在顯著互作(QEI位點), 單個QEI的表型貢獻率變幅為0.06～1.70, 互作累計可以解釋 12.50%的表型變異;其中3個為大貢獻位點, 累積貢獻率4.35%, 30個為小貢獻位點, 累積貢獻率8.15%。根據(jù)遺傳解析結(jié)果,RHSTI的遺傳體系可以分解為3部分, 包括: 45個主效QTL, 可以解釋37.58%的表型變異; 33個QTL與環(huán)境互作效應, 可以解釋 12.50%的表型變異; 另外37.9% (h2)+60.11% (互作遺傳力)-37.58%-12.50%=47.93%的表型變異, 可能是由未被檢測到的微效QTL控制。鑒于本研究檢測到的QTL與環(huán)境互作效應可能由于春季和夏季不同光溫條件引起的, 差異條件較難衡量和重復, 且互作位點包含于主效位點內(nèi), 所以后續(xù)的QTL-等位變異矩陣和候選基因分析依據(jù)主效位點進行。

表3 MTZ群體根部水壓脅迫耐逆指數(shù)RHSTI兩環(huán)境聯(lián)合方差分析Table 3 Joint analysis of variance of root hydraulic stress tolerance index (RHSTI) under two environments in the MTZ population

2.3 MTZ 群體根部水壓脅迫耐逆指數(shù)QTL-allele矩陣及三親本后代育種潛力

在 45個根部水壓脅迫耐逆指數(shù)QTL上, MTZ群體總共攜帶 123個等位變異, 平均每個位點攜帶2.73個等位變異, 變幅為 2～3個。在 123個等位變異中, 等位變異效應變幅為-1.911～1.961; 其中, 58個為增效等位變異, 變幅為0.001～1.961, 65個為減效等位變異, 變幅為-1.911～ -0.001 (圖2-C)。根據(jù)上述結(jié)果, 本研究建立了 MTZ群體 45×409的QTL-allele矩陣, 橫坐標代表409份半同胞家系, 縱坐標表示45個QTL位點, 每個位點上的等位變異用其效應值表示, 顏色深淺表示等位變異效應大小(圖2-D)。隨著家系根部水壓脅迫耐逆指數(shù)的升高, 家系攜帶增效等位變異有升高的趨勢, 并且每個家系均攜帶有增效的等位變異和減效等位變異, 表明家系間具有較高的重組潛力。

?

根據(jù)遺傳解析結(jié)果, 在本研究檢測到的45個主效位點上, 3個親本通山薄皮黃豆甲、蒙8206和正陽白毛平頂分別攜帶有24、21和21個增效等位變異, 另外21、24和24個為減效等位變異, 其RHSTI值分別為 1.05、0.26和 0.95。不考慮互作, 只考慮基因加性效應的情況下, 3個親本的最優(yōu)重組個體即在45個位點上均攜帶最優(yōu)等位變異, 其RHSTI值可以高達18.92, 顯示了巨大的超親潛力(圖2-E)。

2.4 大豆根部水壓脅迫耐逆指數(shù)相關(guān)候選基因分析

聯(lián)合大豆苗期PEG脅迫轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù), 在根部水壓脅迫耐逆指數(shù)相關(guān)位點及其附近500 kb區(qū)間內(nèi)共篩選到 38個差異表達基因, 其中 24個基因上調(diào)表達, 相對表達量變幅 2.02～4,002,450.00倍; 14個基因下調(diào)表達, 相對表達量變幅 0.04～0.50。位于RHSTI9.1位點上的候選基因Glyma.09G051700在PEG處理前后表達量差異高達 4,002,450.00倍, 其編碼一個未知功能的蛋白。根據(jù)生物學功能, 38個耐旱候選基因可歸為7類, 包括ABA響應因子、逆境響應因子、轉(zhuǎn)錄因子、發(fā)育因子、蛋白代謝因子、未知功能和其他, 分別包含5、17、3、9、8、2和8個候選基因, 其中逆境響應因子和轉(zhuǎn)錄因子和發(fā)育因子是最大的 3類。表明, 大豆耐旱性是一個復雜性狀, 有多個具有不同功能的候選基因共同控制。具體結(jié)果見表5。

表5 轉(zhuǎn)錄組與GWAS相結(jié)合的根部水壓脅迫耐逆指數(shù)RHSTI候選基因分析Table 5 Analysis the candidate genes of root hydraulic stress tolerance index (RHSTI) combined the results of GWAS and RNA-seq

(續(xù)表5)

3 討論

3.1 大豆耐旱性遺傳基礎(chǔ)復雜, 不同指標、不同群體具有不同但相似的遺傳體系

植物耐旱性評價主要有生理生化指標和生長形態(tài)指標兩大類。生理生化指標包括脯氨酸含量、丙二醛含量、過氧化物氣化酶含量和電導率等, 其是植物受到外界脅迫時的直接反應, 因表型調(diào)查困難,群體較大時較難進行; 生長指標較生理指標穩(wěn)定,表型鑒定成本低, 是植物耐旱性的最終反映。因而,植物耐旱性是復雜的數(shù)量性狀, 僅憑單個指標很難對其進行綜合評價。脯氨酸含量作為植物抗逆生理生化研究中的一項重要指標, 已被用于水稻[29]、小麥[30]、玉米[31]等作物耐逆QTL定位研究中, 然而在大豆中文獻報道較少。

為解析大豆耐旱性的遺傳基礎(chǔ), 本研究前期構(gòu)建了由2套重組自交系群體組成的NAM群體MTZ,并以生長指標評價了其耐旱性, 檢測到 157個耐旱性QTL[19-20]。本研究將耐旱性指標拓展到生理指標脯氨酸含量, 評價了MTZ群體根部水壓脅迫耐逆指數(shù), 檢測到 45個 QTL位點, 包含 123個等位變異,這些位點包括7個大貢獻QTL和38個小貢獻QTL,累計解釋37.58%的表型變異。同時發(fā)現(xiàn)大部分位點與環(huán)境存在互作, 互作可以解釋 12.50%的表型變異。與 Mueen等[19-20]利用MTZ群體檢測到的相對根長、相對莖長、相對植株長度(根+莖)和相對干重等生長指標耐旱性 QTL結(jié)果相整合, 共檢測到 18個QTL簇與多個指標相關(guān), 分布在大豆3號、4號、6號、7號、10號、13號、14號、15號、17號、18號、19號和20號染色體上, 其中有3個QTL簇所包含的位點均為大貢獻 QTL, 具體見表6。這些QTL簇, 尤其與多個性狀相關(guān)聯(lián)的QTL簇應為控制大豆耐旱性的主要染色體區(qū)段。上述結(jié)果說明, 大豆耐旱性是一個復雜性狀, 不同指標具有不同的遺傳體系, 共有位點僅占較小部分[16/(45+157)]。

與前人檢測到的耐旱性QTL相比, 本研究檢測到的45個QTL位點中, 有8個位點與前人耐旱性位點定位結(jié)果一致(表4)。RHSTI10.2和RHSTI10.3已被前人在“Benning/PI416937”[13]群體中已檢測到;RHSTI14.2和RHSTI15.1位點已被前人在“Benning/PI416937”[13]群體中以葉片萎蔫程度為指標檢測到。RHSTI17.1已被前人在“科豐 1號/南農(nóng) 1138-2”[14]、“KS4895/Jackson”[12]和“93705 KS4895/Jackson”[13]等群體中檢測到, 另外 3個位點RHSTI2.2、RHSTI11.1和RHSTI11.2已被前人在多個群體 QTL元分析[18]中檢測到。表明, 大豆耐旱性是一個復雜數(shù)量性狀, 遺傳基礎(chǔ)復雜, 不同的群體具有不能的遺傳基礎(chǔ); 能被多個群體檢測到的位點僅占少數(shù),應為控制大豆耐旱性最為主要的QTL。

表6 多個耐旱指標評價MTZ群體檢測到的QTL簇(±500 kb)Table 6 QTL clusters of multiple drought tolerance indicators within 500 kb in MTZ population

3.2 大豆耐旱性涉及一套具有不同功能的候選基因體系

借助高密度的分子標記, 本研究可以將根部水壓脅迫耐逆指數(shù)位點定位到較小的染色體區(qū)段內(nèi),便于候選基因的預測。結(jié)合PEG脅迫下轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),共預測到38個耐旱性候選基因, 可歸為7類, 包括ABA響應因子、逆境響應因子、轉(zhuǎn)錄因子、發(fā)育因子、蛋白代謝、未知功能和其他, 其中逆境響應因子、轉(zhuǎn)錄因子、發(fā)育因子是最大的3類。38個根部水壓脅迫耐逆指數(shù)候選基因中, 有 6個基因位于大貢獻位點上, 其中RHSTI2.2位點上的候選基因Glyma.02G196500屬于 BLH1類轉(zhuǎn)錄因子, 參與ABA刺激、耐鹽和生長發(fā)育等多個生物學過程;RHSTI9.3位點上的候選基因Glyma.09G071600編碼中茉莉酸信號蛋白, 參與了ABA信號、缺水響應和花的發(fā)育等 27個生物學過程;RHSTI11.2位點上的候選基因Glyma.11G207000參與應對高溫和蛋白磷酸化等生物學過程;RHSTI15.1位點上的候選基因Glyma.15G222200參與了植物應對缺水的生物學過程;RHSTI18.1位點上的候選基因Glyma.18G018600參與了應對高溫和低磷等生物學過程。表明, 大豆耐旱性是一個復雜性狀, 有多個具有不同功能的候選基因共同控制, 位于大貢獻位點上的候選基因應為控制大豆耐旱性的主要基因, 具有深入研究價值。

4 結(jié)論

PEG模擬干旱條件下, MTZ群體及其親本在根部水壓脅迫耐逆指數(shù)上存在顯著差異, 且群體表型變異豐富。根部水壓脅迫耐逆指數(shù)在單個環(huán)境下具有較高遺傳力, 在不同環(huán)境間存在較強互作, 說明MTZ群體根部水壓脅迫耐逆指數(shù)受遺傳和環(huán)境的共同影響。利用限制性二階段多位點全基因組關(guān)聯(lián)分析方法, 對MTZ群體遺傳解析發(fā)現(xiàn), 根部水壓脅迫耐逆指數(shù)遺傳基礎(chǔ)復雜, 由小貢獻和大貢獻的位點共同控制, 同時位點與環(huán)境間存在顯著互作。對定位區(qū)間的候選基因進行注釋, 共預測到38個候選基因, 涉及ABA響應因子、逆境響應因子、轉(zhuǎn)錄因子、發(fā)育因子、蛋白代謝、未知功能和其他等不同功能,其中逆境響應因子、轉(zhuǎn)錄因子、發(fā)育因子是最大的3類, 位于大貢獻位點的 6個候選基因參與ABA、逆境和生長發(fā)育等多個生物學過程, 具有重要研究價值。上述研究結(jié)果表明大豆耐旱性是一個由多位點、多基因控制的復雜數(shù)量性狀, 且與環(huán)境存在互作, 遺傳基礎(chǔ)復雜。