控制大豆生育期数量性状位点FL1和FL2基因克隆与功能分析

Soybean yield is a complicated quantitative trait and is controlled by many genes. Many genetically mapped yield QTLs were QTLs of maturity, especially in maturity E1 locus. Understanding the molecular mechanism underlying maturity regulation and excluding the disturbance of maturity are very critical to study the true yield components. Therefore, in this study, we will identify and characterize two novel maturity genes which controlled two flowering QTLs FL1 and FL2 by combining map-based cloning and next generation resequencing. The genetically regulative relationship of FL1 and FL2 with known maturity genes, E1, E2, E3, E4, CO and FT will be determined using these maturity gene isolines and transgenic lines. After this study, we will be able to understand more deeply of the molecular mechanism of photoperiod regulated flowering and maturity and facilitate the study of soybean yield more accurately. The gene-specific markers of mutation allele for maturity genes will add the value for molecular breeding.

大豆产量是最复杂的数量性状，受多个微效基因控制，研究进展缓慢。目前定位的很多产量性状QTL是生育期性状，特别是大豆生育期基因E1位点，因此阐明调控大豆生育期的分子机理，排除大豆生育期基因的干扰，是研究大豆产量性状的关键科学问题。因此，本研究将在申请者前期生育期基因功能基因组方面的良好研究基础上，结合新一代全基因组测序技术，进一步克隆2个新的控制大豆生育期的QTL位点的编码基因FL1和FL2并鉴定基因功能，解析FL1和FL2基因与已克隆的生育期基因E1、E2、E3、E4、CO和FT之间的调控作用关系，阐明调控大豆生育期的分子机理，为在国际上率先开展在生育期基因型精细鉴定基础上，研究产量相关基因功能基因组学奠定理论基础；同时通过对已有大豆品种资源生育期基因型鉴定，筛选出适宜的大豆资源，为大豆分子育种提供新材料和新途径。

利用H4和TK780杂交产生的重组自交系进行大豆开花期和成熟期QTL定位，检测到了QTL-B1和QTL-H，通过与拟南芥开花基因进行同源比对和筛选，找到两个QTL的候选基因，并将其分别命名为FL1和FL2，且这两个基因为拟南芥AtPRR7的同源基因。与野生亲本H4相比，TK780在FL1和FL2的CDS区域，存在单碱基置换和缺失，从而产生蛋白的提前终止和移码，缺少CCT保守区域。大豆遗传转化互补试验和近等基因系的研究表明FL1能够延长大豆的成熟期，对开花期无影响，FL2即能延长大豆开花期，也能延长大豆的成熟期，可见，FL1和FL2对大豆开花期和成熟期的影响机制不同，这与我们对FL1和FL2的进化机制研究结果一致，即FL1和FL2在驯化的过程中，被选择的时间不同，经历了不同的驯化过程。通过对以测序品种进行FL1和FL2基因的CDS区域扫描，发现FL1和FL2在自然界都至少存在4种变异导致氨基酸移码或蛋白提前终止，可见其重要性。根据其变异类型所设计的分子标记，能够辅助育种，加快大豆育种进程。