我國(guó)大豆種質(zhì)資源脂肪性狀的變異、遺傳與基因定位的研究.pdf

1、大豆[Gfycine max(L．)Merr．]原產(chǎn)于我國(guó)，是當(dāng)今世界上最重要的植物蛋白與食用植物油的來源。大豆油大約占世界植物油市場(chǎng)的35％。大豆油富含人體必需脂肪酸，其品質(zhì)主要由其所含的脂肪酸種類和數(shù)量決定。我國(guó)大豆種質(zhì)資源類型豐富，分布廣泛，不同生態(tài)區(qū)域間品質(zhì)特性存在巨大差異。探討不同生態(tài)區(qū)域大豆種質(zhì)資源脂肪及脂肪酸組分含量的變異及遺傳機(jī)制，對(duì)開展大豆脂肪品質(zhì)育種、改善大豆脂肪品質(zhì)、提高必需脂肪酸含量，具有重要的理論及實(shí)踐意義。

2、 關(guān)于大豆脂肪性狀(本文所稱脂肪性狀，系指大豆籽粒脂肪含量及其脂肪酸組分)的生態(tài)特點(diǎn)、地理分布及遺傳機(jī)制研究，國(guó)內(nèi)不同學(xué)者進(jìn)行了分析，并取得了初步結(jié)果。但前人的研究主要側(cè)重于蛋白質(zhì)和脂肪含量，脂肪酸組分研究較少，且多局限于局部地區(qū)的材料，其研究結(jié)果的參考價(jià)值受到限制。開展大豆脂肪品質(zhì)育種，人們真正關(guān)心的是特定生態(tài)區(qū)域內(nèi)大豆種質(zhì)資源脂肪性狀的變異特點(diǎn)。本文旨在前人研究的基礎(chǔ)上，利用我國(guó)豐富的大豆種質(zhì)資源，進(jìn)一步系統(tǒng)研究我國(guó)大豆種質(zhì)資

3、源脂肪含量及脂肪酸組分的變異特點(diǎn)，探討其遺傳機(jī)制，定位脂肪性狀QTLs，篩選與之緊密連鎖的分子標(biāo)記，發(fā)掘優(yōu)異資源，為不同生態(tài)區(qū)域大豆脂肪品質(zhì)育種提供參考。 2002年夏，在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆研究所種質(zhì)庫(kù)保存的15000余份資源材料中，按不同來源地抽取各類具有代表性的栽培大豆和野生種，在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行田間試驗(yàn)，并調(diào)查測(cè)定農(nóng)藝品質(zhì)性狀。按蓋鈞鎰(2001)的生態(tài)區(qū)劃結(jié)果，應(yīng)用主成分分析法分析各生態(tài)區(qū)域大豆脂肪性狀的變異。探

4、討不同生態(tài)區(qū)域大豆種質(zhì)資源脂肪性狀的變異特點(diǎn)。結(jié)果表明：(1)從全國(guó)水平看，栽培大豆脂肪平均含量(17.21％)顯著高于野生種(10.99％)，油酸平均含量(23.25％)顯著高于野生種(15.50％)，亞麻酸平均含量(8.00％)顯著低于野生種(12.23％)，亞油酸平均含量(53.53％)略低于野生種(56.10％)；栽培大豆和野生大豆的飽和脂肪酸含量差異不大。(2)同一生態(tài)區(qū)域內(nèi)栽培大豆脂肪、油酸、亞麻酸、硬脂酸存在較大變異，變異

5、系數(shù)一般大于10％，棕櫚酸和亞油酸變異較小，變異系數(shù)一般小于10％；不同生態(tài)區(qū)域間脂肪、脂肪酸組分平均含量差異不大。野生種的變異趨勢(shì)與栽培大豆相似。(3)大豆種質(zhì)資源脂肪性狀在生態(tài)區(qū)域間存在不同的變異特點(diǎn)和方向，變異的主成分?jǐn)?shù)為2～4個(gè)，主成分解釋原有變異累計(jì)方差貢獻(xiàn)率均在80％>以上，但第1主成分主要由不飽和脂肪酸和脂肪含量的變異構(gòu)成，占總變異方差的大部分，飽和脂肪酸的變異相對(duì)較小?？傊?，栽培大豆脂肪含量顯著高于野生種，但其變異相對(duì)減

6、小。不同區(qū)域間栽培大豆脂肪平均含量的變異并不比區(qū)域內(nèi)的變異大，各個(gè)區(qū)域均存在豐富的變異；野生種脂肪平均含量的變異與栽培種相似。栽培大豆油酸平均含量顯著高于野生種，亞麻酸平均含量顯著低于野生種，亞油酸平均含量略低于野生種。在不飽和脂肪酸含量變異中，油酸在區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間均存在豐富變異；亞油酸在區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間變異都不大；亞麻酸在區(qū)域間變異不大，在區(qū)域內(nèi)存在較大變異。栽培大豆和野生種情況皆如此。栽培大豆和野生大豆的飽和脂肪酸含量變異不大。此外，

7、同一區(qū)域內(nèi)，栽培大豆和野生大豆的變異方向也不一致。遴選出一批優(yōu)異種質(zhì)。在資源篩選的基礎(chǔ)上，以農(nóng)藝、脂肪性狀差異較大的ZDD2315、Essex等大豆種質(zhì)資源為主要試驗(yàn)材料，配置雜交組合，研究大豆脂肪含量和脂肪酸組分的遺傳機(jī)制。以EssexxZDD2315的4個(gè)世代：P1、P2、F1、BClF3家系為材料，用主基因+多基因混合遺傳模型分析大豆脂肪含量及脂肪酸組分的遺傳機(jī)制。結(jié)果表明：大豆脂肪含量受2對(duì)加性互補(bǔ)主基因+多基因控制，主基因遺傳

8、率為16.23％，多基因遺傳率為53.49％。棕櫚酸、硬脂酸和亞油酸均為3對(duì)主基因+多基因遺傳模型，其中均有2對(duì)主基因效應(yīng)為等加性，主基因遺傳率分別為71.63％，91.51％和91.59％；棕櫚酸多基因遺傳率為14.78％，硬脂酸和亞油酸未估計(jì)出多基因遺傳率。油酸為3對(duì)加性主基因遺傳模型，其中2對(duì)主基因效應(yīng)為等加性，主基因遺傳率為74.66％。亞麻酸為2對(duì)等加性主基因+多基因遺傳模型，主基因遺傳率為41.98％，多基因遺傳率為24.1

9、7％。相關(guān)分析結(jié)果，棕櫚酸、亞麻酸與脂肪呈極顯著負(fù)相關(guān)(-0.272、-0.325)；油酸與亞油酸亞麻酸呈極顯著負(fù)相關(guān)(-0.833、-0.604)；亞油酸和亞麻酸呈極顯著正相關(guān)(0.287)；棕櫚酸與油酸亞油酸呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)(-0.255和-0.211)；硬脂酸與亞油酸呈極顯著負(fù)相關(guān)(-0.310)。脂肪含量及脂肪酸組分的遺傳涉及到主基因和多基因，脂肪及亞麻酸含量的主基因遺傳率較低，其它性狀主基因遺傳率均在70％以上，改善脂肪含

10、量要注重多基因的積累，改善脂肪品質(zhì)可著重在主基因的利用，提高脂肪含量與改善脂肪酸組分無突出矛盾。 在遺傳分析的基礎(chǔ)上，開展了大豆脂肪性狀QTL定位研究。以組合EssexxZDD2315的Bcl世代為作圖群體(114個(gè)單株)，利用MAPMAKER 3.0．作圖軟件，用250個(gè)SSR標(biāo)記和1個(gè)形態(tài)標(biāo)記構(gòu)建了包含25個(gè)連鎖群的遺傳圖譜。該圖譜覆蓋大豆基因組2963.5cM，平均每個(gè)連鎖群上10.0個(gè)標(biāo)記，標(biāo)記平均間距11.8cM。

11、 采用win QTL Canographer Version 2.5，利用復(fù)合區(qū)間作圖法(CIM)檢測(cè)到18個(gè)控制脂肪含量及脂肪酸組分的QTL(fat-1、fat-2、pal-1、pal-2、pal-3、st-1、st-2、st-3、ole-1、ole-2、ole-3、lin-1、lin-2、lin-3、lin-4、lio-1、lio-2、lio3)，位于9個(gè)不同的連鎖群上(B2、C1、D1b-1、D2、E、H-1、I、L、N-1)

12、，表型貢獻(xiàn)率為8.2％～39.3％；多區(qū)間作圖法(MIM)檢測(cè)到與CIM區(qū)間相同的7個(gè)QTL(fat-1，pal-1，st-1,ole-1，lin-1，lin-4和lio-2)，區(qū)間相近的2個(gè)QTL(ole-4和lin-5)，位于6個(gè)不同的連鎖群上(B2、C1、D1b-1、D2、H-1、N-1)，表型貢獻(xiàn)率為9.6％～34.5％。CIM法檢測(cè)到的其他9個(gè)QTL有待進(jìn)一步驗(yàn)證。篩選到6個(gè)與脂肪性狀QTL共分離或緊密連鎖的SSR標(biāo)記：Sat

13、 334與脂肪含量QTL fat-2共分離，Satt161與棕櫚酸含量QTL pal-2共分離，Satt166與亞麻酸含量QTL lio-3共分離，它們分別解釋了8.7％、15.4％和8.2％的表型變異；Sat 230與硬脂酸含量QTL st-1相距0.1 cM，Satt290與亞油酸含量QTL lin-3相距0.1 cM，Satt384與亞麻酸含量QTL lio-1相距0.1 cM，分別解釋了39.3％、8.3％和13.5％的表型變異

14、。QTL定位中常有假陽性問題，而植物數(shù)量性狀又大多由主基因和微效多基因共同控制，因此，對(duì)該類性狀進(jìn)行QTL定位時(shí)，最好通過CIM和MIM兩種方法比較分析，以從中確定主要的QTL及可能存在或有待驗(yàn)證的QTL。大豆脂肪含量及脂肪酸組分的主效QTL數(shù)量不多，效應(yīng)大的不多，可能還受許多未能檢測(cè)出來的微效基因控制，育種中既要注意主效QTL的利用，又要考慮微效多基因的積聚。本文利用主成分分析法對(duì)不同生態(tài)區(qū)域大豆脂肪性狀變異進(jìn)行了分析，其結(jié)果對(duì)全國(guó)范

15、圍內(nèi)大豆脂肪品質(zhì)育種具有一定的參考價(jià)值。通過分離分析方法和QTL定位法對(duì)大豆籽粒脂肪含量及脂肪酸組分的遺傳機(jī)制進(jìn)行了研究，兩種方法的分析結(jié)果有相對(duì)一致性。本研究篩選到的與脂肪性狀QTL共分離或緊密連鎖的分子標(biāo)記可供大豆脂肪性狀品質(zhì)性狀育種中使用標(biāo)記輔助選擇時(shí)參考。 但是，本研究對(duì)大豆脂肪性狀遺傳機(jī)制的研究仍為初步的結(jié)果，定位結(jié)果與前人的結(jié)果有一定的差異，品質(zhì)性狀相關(guān)基因的確切數(shù)目和精細(xì)定位尚未可知。對(duì)不同生態(tài)區(qū)域種質(zhì)資源脂肪性狀