大豆粒重基因GmSW1的克隆与功能分析

Soybean (Glycine max) is an economic crop, alimentary crop, feed crop and industrial raw material in China, which occupies an increasingly important position in the development of the national economy. This project is to isolate and characterize the gene GmSW1 which controls soybean seed weight by map-based cloning from a recombinant inbred line population developed by the cross between two high-yield and superior-quality soybean varieties Qihuang 34 and Jidou 17. And the molecular mechanism of seed size formation in soybean is elucidated. Meanwhile, cultivated soybean germplasm resources are used to analysis the function of gene GmSW1 and the actual effect of selection region of soybean breeding by association analysis and functional verification of target genes. And we screen and identify GmSW1 interaction protein with the confirmation of molecular biology and bioinformatics. The genetic regulatory network of seed size will be constructed successfully. In conclusion, this study would provide an important strategy for further genetic improvement of excellent soybean varieties and more accurate breeding by molecular design.

大豆（Glycine max）是我国重要的经济作物、粮食作物、饲料作物及工业原料，在国民经济中占有重要地位。本项目利用高产优质大豆品种齐黄34与冀豆17构建的重组自交系群体，通过图位克隆的策略，克隆控制大豆种子大小的关键基因GmSW1，解析大豆种子大小形成的分子机理。进一步利用栽培大豆种质资源，通过关联分析及功能验证，研究基因GmSW1驯化过程的作用及该基因所在育种选择区域在大豆品种选育过程中的实际效应。结合运用分子生物学和生物信息学技术，筛选和鉴定GmSW1的互作蛋白，解析GmSW1基因参与的大豆种子大小发育的遗传调控网络，为大豆粒形的精准分子设计育种，优良大豆品种的进一步遗传改良提供重要思路。

粒重是大豆产量构成的三大要素之一，其形成过程受遗传、环境等多重影响，与大豆发育过程紧密耦合。本项目利用齐黄34与冀豆17杂交衍生的分离群体，克隆了调控大豆种子大小发育基因GmSW1，该基因为AP2家族成员。GmSW1基因的功能通过多年多地表型鉴定、RNA-seq、大豆遗传转化等技术手段被挖掘，我们发现开花时间是影响该基因功能的重要因素，E1参与GmSW1调控过程，大豆果荚数量也受GmSW1基因影响，此外我们解析了该基因参与调控大豆粒重和荚数分子途经。WGCNA进一步分析发现基因GmSW1所在位点 qSW17-1内基因表达模式与重组自交系群体粒重QTL定位结果高度互补。以拟南芥作为受体遗传转化初步验证了QTL内基因功能，齐黄34与冀豆17的差异序列分析发现QTL内存在部分强启动子，研究结果增加了对QTL功能的整体性认知，为最终解析该位点qSW17-1在大豆种子发育和产量形成的新机制奠定了重要数据基础。同时，基于种子大小形成与其他性状的耦合性关系，分析影响大豆粒重的粒形因素和库源关系因素，鉴定了多个遗传位点，克隆了控制大豆粒厚和油分形成基因ST1，控制大豆光合效率稳定性基因Mao1等2个基因，这些基因与大豆产量形成存有系统性相关。