野生大豆苗期耐盐相关基因定位及候选基因克隆

Salinity is an important abiotic stress that affect soybean yield. We found salt tolerant germplasm in both cultivated soybean (Glycine max.)and wild soybean (Glycine soja.)in previous work. F2 and BC1F2 populations were created by crossing wild soybean ZYD3687 and cultivated soybean. We found there may has different salt tolerance gene in wild soybean by analyzing some individuals of the F2 population. Mapping and using salt tolerant genes in different soybean germplasm play important roles in pyramiding different tolerant genes during molecular design breeding. In this study, salt tolerant and sensitive gene pools will be made by evaluate the salt tolerance of the F2 population. A combination of genetic mapping and bulked transcriptome profiling will be used to rapidly map the salt tolerant gene in wild soybean. This will be an effective way to identify the candidate region of salt tolerance gene in soybean chromosome and find functional SNP and INDEL polymorphism within gene(s). These markers will be used to screen segregating populations and map the candidate gene by association mapping. The expression chatacters and function of candidate gene will be evaluated by over expression and virus induced gene silencing (VIGS) method using cucumber mosaic virus vectors. This will be suitable for developing functional markers for marker assisted breeding for soybean salt tolerance and help to make clear of the mechanism of gene regulation for salt tolerance in wild soybean.

土壤盐渍化是影响大豆产量的重要非生物胁迫因子之一，前期研究发现在栽培大豆和野生大豆中都有耐盐资源。利用耐盐野生大豆ZYD3687与栽培大豆杂交构建了F2和BC1F2分离群体，初步分析发现野生大豆中存在不同于栽培大豆的耐盐基因。发掘大豆资源中不同的耐盐基因，对于通过基因累加培育耐盐大豆品种具有重要意义。本项目拟通过耐盐、盐敏感基因池转录组测序分析与群体定位相结合，快速确定耐盐基因所在的染色体区间。利用该区间功能基因的单核苷酸多态性（SNP）和插入/删除（INDEL）信息开发功能标记芯片，通过次级分离群定位及自然群体的关联分析，精细定位并克隆耐盐候选基因。分析野生大豆中候选基因的时空表达特性，通过发根农杆菌转化大豆及病毒介导的基因沉默技术验证候选基因的功能，分析候选基因的生理特点，揭示候选基因的耐盐机制，为通过栽培大豆与野生大豆耐盐基因累加的分子标记辅助育种提供理论依据。

我国粮食主产区土壤盐渍化是影响大豆生产的重要因素，多个研究小组在栽培和野生大豆的3号染色体上发现了一个可重复检测到的苗期耐盐性相关的主效基因/QTL。本项目在前期研究基础上建立了大豆耐盐性精准鉴定技术体系，开展了大豆耐盐种质资源鉴定和相关基因定位研究，发现在我国栽培和野生大豆构建的分离群体中均检测到3号染色上的主效耐盐基因，最终通过图位克隆获得了栽培大豆铁丰8号的耐盐基因GmSALT3。该基因编码一个定位于内质网的离子转运蛋白。盐敏感亲本85-140基因组中由于一个3.78kb的反转录转座子的插入导致基因功能的丧失。通过对微核心种质和野生大豆中该基因的编码序列分析，发现GmSALT3基因至少存在9种不同的单倍型（基因编码区变异类型），栽培大豆和野生大豆中分别有5种和8种不同的单倍型，其中只有铁丰8号类型（H1）和来自野生大豆的H7单倍型的为耐盐相关单倍型，其他7种为盐敏感相关单倍型。其中耐盐单倍型（H1）的是野生大豆中普遍存在的主要耐盐单倍型，其分布与我国盐碱地的分布相吻合，并且在驯化过程中受到严格的选择。H7单倍型是野生大豆中特有的耐盐单倍型，与H1的序列高度相似。除H2（敏感品种85-140类型）外的敏感单倍型在启动子区均有148bp或150bp的片段插入，而H2类型第三外显子有3.8kb反转录转座子的插入，使得可以通过两个标记有效区分敏感单倍型与耐盐单倍型。通过开发的Indel和SSR标记，创制了3对近等基因系材料，利用这3组材料分析发现，耐盐基因GmSALT3在正常条件下对大豆的产量性状无不利影响，但在盐碱地条件下可以通过降低地上部Cl-和Na+的含量，从而保持了较高的百粒重和单株粒重，使盐碱地的大豆产量损失降低了30-57%，但GmSALT3基因不控制大豆萌发期耐盐性。同时在研究过程中也发现了携带GmSALT3基因却表现盐敏感的材料Peking，利用Peking与野生大豆NY36-87构建的分离群体，在大豆18号染色体精细定位了一个大豆苗期耐盐新基因，目前已在71kb区间范围获得3个耐盐候选基因，正在进行后续的功能验证。