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遺傳發(fā)育所等鑒定大豆百粒重調(diào)控基因

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遺傳發(fā)育所等鑒定大豆百粒重調(diào)控基因

摘要: 　　大豆是我國(guó)重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，是植物蛋白和油分的重要來(lái)源。百粒重是大豆產(chǎn)量的重要構(gòu)成因子，因此是大豆育種的重要目標(biāo)性狀。由于栽培大豆品種遺傳基礎(chǔ)狹窄，在育種過(guò)程中某些栽培大豆品種中優(yōu)異等位的 ...

　　大豆是我國(guó)重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，是植物蛋白和油分的重要來(lái)源。百粒重是大豆產(chǎn)量的重要構(gòu)成因子，因此是大豆育種的重要目標(biāo)性狀。由于栽培大豆品種遺傳基礎(chǔ)狹窄，在育種過(guò)程中某些栽培大豆品種中優(yōu)異等位的丟失，阻礙了大豆百粒重和產(chǎn)量的進(jìn)一步增加。近年來(lái)學(xué)習(xí)人員對(duì)大豆百粒重遺傳位點(diǎn)的學(xué)習(xí)較多，目前SoyBase數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)收錄了定位的百粒重QTL 位點(diǎn)94個(gè)。盡管大豆百粒重種質(zhì)資源篩選和遺傳學(xué)習(xí)工作開(kāi)始很早，但有關(guān)大豆百粒重基因的克隆和種子形成的分子機(jī)制學(xué)習(xí)還較少。
　　中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員張勁松和陳受宜領(lǐng)導(dǎo)的學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)與黑龍江省農(nóng)科院大豆學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員滿為群和耕作栽培學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員來(lái)永才等團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)分析衍生于野生大豆ZYD7和栽培大豆HN44的1036份重組自交系材料，鑒定了一個(gè)種子百粒重增加的株系R245。隨后對(duì)198份自交系材料和2個(gè)親本進(jìn)行了全基因組重測(cè)序，獲得了高質(zhì)量的SNPs并作為分子標(biāo)記，構(gòu)建了大豆遺傳圖譜并利用多年多點(diǎn)的數(shù)據(jù)定位了調(diào)控種子百粒重的14個(gè)QTL位點(diǎn)和控制油分含量的3個(gè)QTL位點(diǎn)。在調(diào)控百粒重的位點(diǎn)中，13個(gè)位點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)基因來(lái)源于栽培大豆HN44，1個(gè)位點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)基因來(lái)源于野生大豆ZYD7（圖1A）。通過(guò)對(duì)高百粒重的優(yōu)異品系R245進(jìn)行全基因組重測(cè)序及基因分型驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)它含有前述的來(lái)源于栽培型的13個(gè)百粒重調(diào)控位點(diǎn)及來(lái)源于野生型的1個(gè)百粒重調(diào)控位點(diǎn)。來(lái)源于野生大豆ZYD7的百粒重遺傳位點(diǎn)位于285 kb區(qū)間內(nèi)，共有22個(gè)蛋白編碼基因，但它們?cè)谠耘嗪鸵吧蠖狗N子發(fā)育期間無(wú)顯著表達(dá)差異。而其中Glyma17g33690 (PP2C)和Glyma17g33790 (EAL) 的核苷酸變異改變了氨基酸序列（圖1A）。轉(zhuǎn)基因分析發(fā)現(xiàn)，來(lái)源于ZYD7的PP2C-1基因顯著增加了轉(zhuǎn)基因擬南芥種子的重量，而來(lái)源于HN44的PP2C-2和EAL-2以及來(lái)源于ZYD7的EAL-1并不能改變轉(zhuǎn)基因擬南芥種子重量（圖1B）。功能分析發(fā)現(xiàn)，PP2C-1能與油菜素內(nèi)酯BR信號(hào)通路的轉(zhuǎn)錄因子如GmBZR1等相互作用，通過(guò)去磷酸化從而激活這些轉(zhuǎn)錄因子，促進(jìn)下游控制種子大小的基因表達(dá)以提高粒重。而PP2C-2則沒(méi)有上述功能。種質(zhì)資源分析發(fā)現(xiàn)，近40%的栽培大豆還沒(méi)有PP2C-1基因型（圖1C），后續(xù)學(xué)習(xí)可以將PP2C-1基因型通過(guò)雜交導(dǎo)入到不含該位點(diǎn)的大豆品種中，從而提高產(chǎn)量潛力，將對(duì)于大豆育種具有重要意義。
　　這項(xiàng)工作于3月28日在線發(fā)表于分子植物（Molecular Plant，DOI: 10.1016/j.molp.2017.03.006），該團(tuán)隊(duì)的博士生陸翔和熊青為共同第一作者，野生大豆ZYD7和栽培大豆HN44重組自交系群體由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆學(xué)習(xí)所的杜維廣和滿為群團(tuán)隊(duì)構(gòu)建，該學(xué)習(xí)得到了中科院先導(dǎo)專項(xiàng)和國(guó)家轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)等項(xiàng)目的大力資助。

　　圖：大豆百粒重基因鑒定。(A): 利用重測(cè)序群體定位的百粒重QTL位點(diǎn)。C：表明優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)來(lái)源于栽培大豆HN44；W：表明優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)來(lái)源于野生大豆ZYD7。PP2C-1在第27位氨基酸是L（亮氨酸），37位是E（谷氨酸）。而PP2C-2在同樣位置分別有4個(gè)L，一個(gè)D（天冬氨酸）。(B): PP2C-1在模式植物擬南芥中過(guò)表達(dá)可使籽粒及子葉變大。WT為對(duì)照，其它為轉(zhuǎn)基因株系。(C): 不同大豆資源中PP2C變異分析。左圖：近40% 的大豆資源中沒(méi)有PP2C-1優(yōu)異等位變異；黑色名稱材料為野生大豆，黃色名稱材料為栽培大豆。右上圖：野生和栽培大豆中基因型與百粒重的關(guān)系；右中圖：野生大豆ZYD203與栽培大豆HF47的F2群體中基因型與百粒重相關(guān)性比較；右下圖：野生大豆ZYD7與栽培大豆HN44的重組自交系群體中基因型與百粒重的關(guān)系。遺傳發(fā)育所等鑒定大豆百粒重調(diào)控基因  |  責(zé)任編輯：蟲(chóng)子
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