大豆曲莖性狀表現(xiàn)、基因定位與表達(dá)譜研究.pdf

1、大豆原產(chǎn)于中國(guó)，是重要的油料作物。我國(guó)大豆單產(chǎn)相對(duì)較低，高產(chǎn)是大豆育種最重要的目標(biāo)，株型育種是產(chǎn)量改良的有效途徑。大豆曲莖是一種特異株型，其主莖彎曲，節(jié)間縮短，植株矮化，具有抗倒伏潛力。有研究報(bào)道植物莖形態(tài)建成可能與赤霉素、生長(zhǎng)素、油菜素內(nèi)酯等多種激素的復(fù)雜調(diào)控有關(guān)，分離大豆曲莖基因可深入了解植物莖稈生長(zhǎng)發(fā)育的遺傳機(jī)制。本研究在前人研究基礎(chǔ)上，利用大豆曲莖近等基因系NIL-1進(jìn)行噴施外源激素實(shí)驗(yàn)以研究曲莖對(duì)激素的響應(yīng)特點(diǎn)。利用NIL-2

2、的野生和突變體莖尖組織進(jìn)行基因芯片表達(dá)譜研究，并構(gòu)建F2群體對(duì)曲莖sb1基因進(jìn)行精細(xì)定位，期望了解大豆曲莖生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)，篩選出曲莖候選基因，為揭示大豆曲莖遺傳規(guī)律奠定基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.對(duì)大豆2對(duì)曲莖近等基因系材料及3個(gè)F2群體正常莖與曲莖植株農(nóng)藝性狀比較發(fā)現(xiàn)，曲莖和正常莖植株在株高、單株莢數(shù)等性狀上差異顯著，NIL-1、NIL-2曲莖植株的株高分別為40.5、23.9cm，只有正常莖植株的41.0％和33.2％。外

3、源激素處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，曲莖對(duì)激素的響應(yīng)不同于正常直莖植株，其對(duì)GA3、 BR有不同程度的響應(yīng)，20 mg/L濃度下的GA3對(duì)曲莖促長(zhǎng)作用最顯著。3個(gè)F2組合中曲莖植株的平均株高、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)均顯著低于正常莖類型，但也存在一些株型及綜合性狀優(yōu)良的曲莖植株可供育種利用。
　　2.對(duì)8個(gè)曲莖與正常莖雜交F2群體曲莖與正常莖分離比例進(jìn)行卡方適合性檢測(cè)。其中M9449×NK-SB1、NG94-156×NKW24、NG94-156×

4、MNK這3個(gè)組合符合3正常莖:1曲莖的理論分離比;烏皮青仁×sb組合符合15正常莖:1曲莖的分離比;這說明曲莖性狀有可能受雙隱性基因的控制。Sb1×短葉柄等4個(gè)群體的表型分離均不符合3∶1和15:1的期望分離比例，這可能與遺傳背景有關(guān)。M9449×NK-SB1和NG94-156×MNK這2個(gè)F2群體對(duì)sb1基因進(jìn)行定位。利用NG94-156×MNK組合F2群體103個(gè)曲莖個(gè)體，將sb1基因定位在大豆14號(hào)染色體長(zhǎng)臂末端SSR標(biāo)記BARC

5、SOYSSR_14_1408和BARCSOYSSR_14_1424之間，其物理距離約為347kb(Gm14:47553701-47901399)。利用M9449×NK-SB1組合F2群體82個(gè)曲莖個(gè)體將sb1基因定位在SSR標(biāo)記BARCSOYSSR_14_1408和BARCSOYSSR_14_1411之間，其物理距離約為47kb(Gm14:47553701-47601358)。通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)BARCSOYSSR_14_1408和

6、BARCSOYSSR_14_1421區(qū)段共有28個(gè)預(yù)測(cè)的注釋基因，其中主要包含三類基因家族:AP2重復(fù)轉(zhuǎn)錄因子基因Glyma14g38610、bZIP轉(zhuǎn)錄因子Glyma14g38460，以及BTB/POZ轉(zhuǎn)錄因子基因Glyma14g38640。通過基因功能注釋最終篩選出一個(gè)sb1候選基因Glyma14g38610。
　　3.利用大豆Affymetrix基因組芯片對(duì)NIL-2曲莖近等基因系莖尖組織進(jìn)行表達(dá)譜分析。采用RMV模型篩選(

7、Fold change＞2，P＜0.01)得到了644個(gè)差異基因，其中上調(diào)基因有562個(gè)，下調(diào)基因有82個(gè)。采用elimGO算法計(jì)算每個(gè)GO的顯著性水平，篩選差異基因所顯著影響的GO功能，共發(fā)現(xiàn)44個(gè)顯著上調(diào)、12個(gè)顯著下調(diào)的功能。得到了一些與曲莖性狀相關(guān)的功能如:細(xì)胞壁的生長(zhǎng)、茉莉酸的信號(hào)調(diào)節(jié)，與赤霉素、生長(zhǎng)素刺激反應(yīng)等。結(jié)合差異基因轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分析以及共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析，我們篩選出四個(gè)可能與曲莖相關(guān)的基因:Glyma07g05760、Gly