野生大豆抗旱结构植物学性状遗传分析与相关功能基因定位

The annual wild soybean (G. soja) is the direct ancestor of cultivated soybean and therefore serves as a valuable gene pool for soybean improvement. A RIL population is developed from a crossing between a wild soybean with strong drought tolerance and a drought-sensitive variety. The characteristics of structural botany in the BIL population were examined under drought and well-watered conditions, and the suitable structural botany indexes of drought resistance were selected which can evaluate the ability of tolerance to drought. Drought-resistant pool and drought sensitive pool were constructed using equivalent DNA from extremes individuals, which have significant differences in drought-resistant phenotype. Using the technical line of selective genotype mapping in combination with bulked segregant analysis based on SLAF-seq, a whole genomic scan in parents and DNA pool of extremes individuals were performed by the high density SNP, in order to obtained the molecular marks closely related to structural botany traits under drought conditions, to provide the excellent material foundation and important theory for soybean drought resistant breeding.

野生大豆作为栽培大豆的近缘祖先种，存在许多育种急需而栽培大豆品种缺乏的关键性基因，是改良栽培大豆最有利的物种。本研究选取野生与栽培大豆杂交产生的重组自交系为材料，对不同水分条件下大豆形态解剖结构进行系统的比较研究，筛选与抗旱性显著相关的结构植物学指标，并对后代个体进行抗旱性综合评价。挑选在抗旱形态结构上差异显著的极端个体构建高抗旱池和干旱敏感池，采用选择性基因型鉴定与集群分离分析法相结合的方式，并依托简化基因组深度测序技术SLAF-seq，在亲本和极端个体DNA混池中，实现全基因组SNP标记的高密度扫描，获得与抗旱结构性状紧密关联的分子标记，为大豆抗旱育种提供优异的物质基础和重要的理论依据。

结构植物学性状是相对稳定的、保守的，并与生理功能相一致的，能为大豆抗旱鉴定提供可信度较高的佐证。要揭示抗旱结构植物学性状的实质，提高定位精度是关键。本研究选取野生与栽培大豆杂交产生的重组自交系群体为材料，对不同水分条件下大豆结构植物学性状进行系统比较研究，结果表明PN比JD53在这些抗旱结构植物学性状上表现出更强的抗旱性。这些性状在群体后代中呈连续正态分布，并有超亲株系。两年表现一致的抗旱型株系有12株，干旱敏感型株系有35株。对两个亲本进行全基因组变异发掘，结果表明两亲本各变异类型在不同染色体上有不同的分布。PN获得的SNP总数、转换类型和颠换类型的SNP数远远高于JD53。利用简化基因组测序技术对大豆重组自交系群体开发高密度分子标签，共构建出20个连锁群的7945个标记的遗传图谱。抗旱结构植物学性状定位结果表明，共检测到19个QTL位点。其中3号和9号染色体的QTL位点均在两种水分条件的叶片正面和背面茸毛密度中检测到。19号染色体的位点在干旱胁迫条件下正面和背面茸毛密度均被检测到，这个位点同样在干旱胁迫条件下的气孔宽度下被检测到，可以初步推断该位点是与干旱胁迫下结构性状相关的一个位点。通过对这些稳定表达的位点进行基因注释，筛选出与抗旱结构植物学性状相关的候选基因，为今后进行大豆抗旱育种提供物质基础和理论依据。