大豆重要光合作用基因RCA eQTL的图位克隆与育种价值研究

光合效率是影响大豆产量的关键因素之一，而D-核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是光合作用的限速酶，其活化酶(RCA)能够调节Rubisco的催化活性。本项目组前期通过生物信息学等技术克隆了大豆五个RCA 基因，并对其中两个基因的eQTL进行了初步定位。以此为基础，本项目计划通过遗传基因组学和关联分析相结合，精细定位大豆所有五个RCA基因的eQTL，结合大豆基因组序列信息，对效应较大的eQTL进行图位克隆；通过基因水平的关联分析以及转基因植物研究， 揭示RCA基因eQTL对大豆光合效率及大豆产量（生物学产量，籽粒产量）的影响，阐明这些eQTL及其单倍型对大豆高产育种的应用价值。

大豆是世界上最广泛种植的豆科植物，但产量偏低。1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Rubisco）作为光合作用碳素同化过程中固定CO2 的关键酶，其有效活化依赖于Rubisco活化酶（RCA）的参与。本项目研究了大豆RCA基因的表达规律、eQTL定位及其与大豆产量的关系，从而有望提高其光合效率及产量。. 生物量与后期的籽粒产量紧密关联，是决定作物经济产量的主要因素之一。利用191份栽培大豆组成的自然群体中和1142 SNP，通过全基因组关联分析与生物量及产量组分显著关联的SNP。结果表明:（1）生物量、百粒重和单株籽粒产量在自然群体中存在广泛的表型及遗传变异，并存在极显著的正相关，其中生物量与单株籽粒产量之间的相关略高于与百粒重；（2）两年环境下共检测到41、56和29个SNP分别与生物量、百粒重和单株籽粒产量显著关联；（3）15个SNP同时控制2个或2个以上性状，其中位于第19染色体上的BARC-029051-06057位点被检测到同时与生物量、百粒重和单株籽粒产量3个性状显著关联，表明有共同的遗传基础；（4）鉴定到的多个SNP与先前对叶绿素荧光参数及多个环境下产量相关性状的定位结果共位。. 了解RCA基因表达调控的遗传基础，可提供一种新的途径以提高植物生产力。本研究分析了RCA的表达规律，发现两个RCA亚基具有不同的表达模式。相比GmRCAα，GmRCAβ在mRNA水平和蛋白水平具有较高的表达。此外，GmRCAα和GmRCAβ的表达与叶绿素荧光参数和种子产量均呈显著正相关，表明改变RCA的表达在育种上对于提高大豆生产力具有潜在的适用性。本研究还结合表达数量性状位点定位（eQTL）与等位基因挖掘在一个包含219份大豆栽培种的自然群体中来鉴定控制表达水平的SNP。eQTL定位结果表明GmRCAβ的表达可能受顺式和反式eQTL的共同控制。由于启动子可通过改变顺式作用调控元件或转录因子结合位点同时影响顺式和反式eQTL，进一步研究GmRCAβ启动子区域。GmRCAβ启动子区的多态性位点与表达水平多样性相关。瞬时表达分析表明：具有GroupA型启动子的GUS表达要显著高于GroupB型，表明启动子序列类型可以影响基因表达。. 以上结果对于进一步探讨大豆RCA作用的分子遗传机制及大豆产量改良的分子基础有重要参考价值。