种间渐渗杂交诱发栽培大豆基因组发生遗传变异的分子机理研究

Gene discovery from crop-wild introgression is the one of the most important ways to enhance our manipulation capacities in crop genetic improvement. Wild soybeans exhibit a much higher genomic diversity such as disease, insect resistance and so on. It is an important source for crop genetic improvement. Therefore, it is necessary to deeply explore and reveal the genome-wide genetic variation mechanism on soybean-wild introgressive hybridization. In this study, the intergeneric crosses between wild-cultivated soybeans were detected as plant materials. On one hand, we assessed patterns and introgression lines of genome-wide introgression based on genomic structural variation and epigenetic variation by genomics and epigenetic. On the other hand, we also analysed the expression of gene specificity and stability in different developmental stages between introgression lines by transcriptomics. Our results provide DNA, RNA and epigenetic evidence for understanding genomic variation in wide crosses between wild-cultivated soybeans, and also suggest an answer to expand our current evolutionary framework to encompass a genetic/epigenetic dimension when seeking to discover new gene and understand soybean evolution in wide crosses.

通过种间渐渗杂交挖掘野生种的优异基因是进行作物品种改良的重要途径之一。一年生野生大豆（Glycine soja）含有抗病虫等优异基因，是大豆遗传改良的重要基因资源。因此，利用野生大豆创制大豆新种质，探索和揭示野生大豆渐渗杂交诱发栽培大豆发生遗传变异机理具有重要的意义。本项目利用已构建的栽培大豆与一年生野生大豆的渐渗系为材料，一方面，利用基因组学和表观遗传学的方法研究不同世代渐渗系基因组结构变化特征及表观遗传变异模式。另一方面，利用转录组学的方法探明渐渗系在不同发育阶段的基因表达特异性及其在不同世代群体中稳定性。最终从DNA、RNA和甲基化水平上分析和阐明野生/栽培大豆渐渗系发生遗传变异的分子机制，为更加有效地发掘野生大豆的优异基因及研究大豆进化提供理论依据。

野生大豆是栽培大豆的近缘野生种，也是大豆品种改良的重要种质资源。渐渗杂交已经成为利用野生有利基因，创造种间变异，培育高产、优质、抗病虫和耐逆优良作物品种的有效途径之一，同时也是研究物种间亲缘关系、系统发育和进化程度的重要试验材料。本项目前期构建好的栽培大豆-野生大豆渐渗系群体，主要开展了三方面的研究工作：.1）通过开展AFLP和SSR技术对不同世代渐渗系中特异序列进行分析，明确渐渗了DNA长度及渐渗到大豆基因组的野生种基因组数量和位置。结果发现在高世代渐渗系群体中，子代对双亲基因组DNA 的继承主要表现为以下三种类型: （a）对回交母本基因组序列的大部分继承。（b）对供体亲本野生大豆“ZYD00659”基因的部分继承。（c）少部分渐渗系对双亲的同时继承。.2）利用甲基化敏感多态性（MSAP）技术对野生大豆DNA渐渗诱发栽培大豆发生可遗传的表观遗传变异进行分析中，我们得到以下结果两个大豆亲本无论是基因组总全甲基化水平还是全甲基化水平均在一定差异。在分析甲基化变异在基因组范围内变异程度和变异模式的过程中，我们发现有些条带的甲基化情况在野生大豆和栽培大豆中有明显差异，而且也有野生大豆的个别个体有变异，而栽培大豆的大多数没有变异，或者与之相反。.3）利用RT-PCR和qRT-PCR探明不同甲基化位点后候选目的基因表达模式中，我们选取HSP70基因家族在野生大豆中的旱处理和热处理条件进行了差异表达分析，相关研究结果可以为野生大豆的优异基因在栽培大豆品种创制和改良中的应用起到指导作用。.总之，本项目从DNA、RNA和甲基化水平上阐述野生大豆DNA渐渗诱发栽培大豆发生遗传变异模式，从而为阐明野生/栽培大豆渐渗系优异农艺性状形成的分子机制，为充分利用野生大豆的优异基因进行品种改良以及探究大豆起源与进化进程的相关研究提供可靠有力的实验证据。