东北大豆育成品种育种性状分生态区的全基因组关联分析及其在设计育种中的应用

Northeast China is the major soybean production area accounted for more than 50% of China. In recent years, due to the low contrast benefit, soybean acreage decreased rapidly over there. Thus, it is much-needed to bred the new high yield cultivated soybean. Because of various ecological conditions in Northeast China, kinds of excellent germplasm resources were accumulated. Among them, the released soybean cultivars are the core of the genetic resources for variety improvement, because they are not only important recipient parent, but also key donor parent in breeding. To exploit and utilize the useful genes in Northeast China released soybean cultivar(NCRSC), about 360 ones contained part of ancestors, released during 1960-2010 by major breeding units, were employed in this research. Firstly, according to two years and 9 major eco-regions trails, eco-region specificity and interactions were analyzed. Secondly, with help of 200-300 SSRs and 3000-4000 SNPs, QTL-allele matrixes for each key breeding target traits were established by means of regional genome-wide association studies to analyze the genetic bases of them, and the similarities and differences were revealed after comparison of 9 eco-regions. In addition, a series of elite QTL/alleles as well as their carriers for key breeding target traits were mined. At last, according to the QTL-allele matrixes of each eco-region and average of 9 ones,the potentialities of different parental combinations for different eco-regions were predicted, then regional breeding by design were carried out in soybean.

东北是大豆主产区，种植面积占总面积的50%以上。近年，由于大豆比较效益低，面积迅速下降，急需产量突破性品种的培育。东北生态条件多样，积聚了多方面的优良种质，其中育成品种是最核心的遗传资源，是育种中重要受体亲本和关键供体亲本。本项目以360余份东北1960-2011年间培育的代表性大豆品种及部分祖先亲本为材料，首先，通过东北9个主要生态区2年重复内分组试验，分析品种的生态区特异性和交互作用。然后，利用200～300个SSR标记和3000～4000个SNP标记，分生态区进行全基因组关联分析，建立性状QTL-等位变异矩阵，解析大豆重要育种性状的遗传基础；比较关联分析结果在不同生态区的异同；鉴别出一批与重要育种性状相关联的优异等位变异及其载体。最后，根据各生态区和全生态区综合的QTL-allele矩阵，预测不同生态区亲本组合潜力，进行大豆分生态区的设计育种。

东北是大豆主产区，种植面积占总面积的50%以上。近年，由于大豆比较效益低，面积迅速下降，急需产量突破性品种的培育。本项目搜集了我国东北地区数十年来育种或生产上广泛使用的地方和育成品种共计361份，于2012-2014年在东北大豆不同气候生态区的9个试验点，开展了东北春大豆熟期组划分与地域分布及生育期、籽粒、产量、株型等主要育种性状的分布特征、表型变异，利用全基因组测序及定位结果分析进行设计育种，主要结果如下：.1)确定了不同试验点/生态亚区各熟期组划分的生育期天数范围和各熟期组鉴定的最佳试验点/生态亚区，揭示了不同熟期组在东北地区的地域分布，提出了东北地区各熟期组鉴定的本地区标准品种30份，提出一种我国东北地区熟期组鉴定的方法。.2）揭示了东北大豆品种群体4种类型（生育期、籽粒性状、产量性状及株型性状）15个生态性状在整个东北地区和各亚区的生态特征及表型变异，将有利于指导各亚区大豆育种目标性状的遗传改良。同时鉴选出适宜于不同亚区品种改良的优良亲本共65余份。.3）利用AMMI模型将主成份分析与方差分析相结合，以Di作为衡量品种稳定性的定量指标，鉴选出主要育种性状在不同生态区稳定表达,可用于育种实践的种质7份。.4）采用RAD-seq技术对东北大豆品种群体进行测序，共获得100,904最小等位基因频率(MAF≥0.01) 的SNP标记，采用RTM-GWAS软件提供的方法共划分15,501 SNPLDB标记，以蛋白质、脂肪和生育期性状为例，分亚区建立这些性状的QTL-allele矩阵，比较各亚区之间定位结果，结果表明，RTM-GWAS具有较高的定位功效，特别是对大群体及群体表型变异较大的性状。随着对同一性状在不同生态条件下遗传解析的增加，特定生态条件下遗传解析的结果均会在其他生态条件下出现。这个结果表明，不同生态条件下对同一性状定位结果均为同一性状遗传体系的一部分。.5）根据定位比较结果，针对品质和生育期性状进行品种设计，合理组配亲本，每个亚区内设计了15个亲本组合。.6）以早熟高蛋白品种蒙豆11为母本，多节多荚品种吉育71为父本，构建了早熟高蛋白大豆F2：3群体，群体样本总量为255个。其中蛋白质含量超过44%的有45份，脂肪含量超过23%的2份。