雷雅坤　劉兵強(qiáng)　邸　銳　閆　龍　楊春燕　郝東旭張孟臣,*

1河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所 / 國(guó)家大豆改良中心石家莊分中心 / 河北省遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河北石家莊 050031;2河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所, 河北石家莊 050051;3河北經(jīng)濟(jì)管理學(xué)校, 河北石家莊 050071

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大豆不同環(huán)境下脂肪酸組分含量的QTL分析

雷雅坤1,2,**劉兵強(qiáng)1,**邸銳1閆龍1楊春燕1郝東旭3張孟臣1,*

1河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所 / 國(guó)家大豆改良中心石家莊分中心 / 河北省遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河北石家莊 050031;2河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所, 河北石家莊 050051;3河北經(jīng)濟(jì)管理學(xué)校, 河北石家莊 050071

摘要:大豆油的品質(zhì)取決于脂肪酸各組分在大豆中的比例, 為發(fā)掘控制大豆5種脂肪酸含量的數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL),利用冀豆12和黑豆重組自交系群體構(gòu)建遺傳圖譜, 采用Windows QTL Cartographer 2.5和QTL Network-2.0軟件的CIM 和MCIM法對(duì)大豆5種脂肪酸組分進(jìn)行數(shù)量性狀定位。結(jié)果表明, 在石家莊和三亞各環(huán)境下共檢測(cè)到16個(gè)QTL, 位于連鎖群A2、B2、C2、F、G、I、L上。對(duì)2個(gè)環(huán)境聯(lián)合分析, 檢測(cè)到13個(gè)QTL, 其中9個(gè)用2種方法被檢測(cè)到, 但這13個(gè)位點(diǎn)與環(huán)境互作的貢獻(xiàn)率明顯小于加性效應(yīng)。其中在B2連鎖群Satt168～Satt556控制硬脂酸的QTL Ste-1在河北石家莊和海南三亞均能被檢測(cè)到, 貢獻(xiàn)率均為12％, 在雙尾群體和間隔挑選群體中也能檢測(cè)到控制硬脂酸的QTL Ste-1,說(shuō)明這一QTL穩(wěn)定存在于本組合群體中, 為今后大豆硬脂酸的QTL精細(xì)定位奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:大豆; 脂肪酸; 數(shù)量性狀位點(diǎn); 環(huán)境

本研究由國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2012AA101106), 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31000719), 國(guó)家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專(zhuān)項(xiàng)(2014ZX0800402B), 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)(CARS-004-PS06), 河北省博士基金項(xiàng)目(F13E006)和河北省青年拔尖人才支持計(jì)劃資助。

This study was support by the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (2012AA101106) and the National Natural Science Foundation of China (31000719), the Major Project of China on New Varieties of GMO Cultivation (2014ZX0800402B) and the China Agriculture Research Syscem (CARS-004-PS06), the Doctoral Scientific Research Foundation of Hebei Province (F13E006) and the Program for Excellent Young Talents in Hebei Province.

第一作者聯(lián)系方式: E-mail: yakun0628@163.com**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

大豆油是主要的食用油之一, 大豆的蛋白、礦物質(zhì)和維生素含量豐富, 其不飽和脂肪酸含量在油分中也具有很高的比例。因此, 應(yīng)重視大豆脂肪酸各組分的比例, 以便開(kāi)展大豆品質(zhì)育種, 提高脂肪含量[1]。大豆棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸與亞麻酸5種脂肪酸含量都屬于數(shù)量性狀[2]。Nickell和Brummer[3]都用RFLP標(biāo)記分別在連鎖群D和B2上定位到了控制棕櫚酸和亞麻酸的位點(diǎn)。1992 年Diers等[4]檢測(cè)到影響棕櫚酸、油酸和亞油酸的3個(gè)QTL,解釋10％以上的遺傳變異。2002年Li等[5]通過(guò)Cook×N87-2122-4構(gòu)建的重組自交系F2和F2:3群體, 在連鎖群上檢測(cè)到了控制棕櫚酸的2個(gè)QTL, 分布在連鎖群A1標(biāo)記Satt684附近和M連鎖群標(biāo)記Satt175附近, F2群體在這2個(gè)位置上可解釋的遺傳變異為38％和8％, F2:3群體在這2個(gè)位置上可解釋的遺傳變異分別為33％和9％;所檢測(cè)到的2個(gè)連鎖群上的區(qū)域的主效基因和微效基因互作效應(yīng)顯著。2003年Spencer等[6]通過(guò)群體檢測(cè)到影響硬脂酸的QTL, 位于B2連鎖群上標(biāo)記Satt070、Satt474和Satt556附近。2006年鄭永戰(zhàn)等[7]用Essex×ZDD2315的回交群體F1的114個(gè)單株, 檢測(cè)到控制5種脂肪酸含量的16個(gè)位點(diǎn), 分布于B2、C1、D1b、D2、E、H、I、L、N 等9個(gè)連鎖群上, 可解釋的遺傳變異為8.2％～39.3％, 其中在B2上檢測(cè)到的控制硬脂酸的位點(diǎn)和Spencer檢測(cè)到的位點(diǎn)一致。在不同群體中所定位到的控制脂肪酸含量的QTL有所差異, 通過(guò)對(duì)所報(bào)道的位點(diǎn)進(jìn)行整合, 可以從整體上分析大豆脂肪酸的QTL, 選出比較可靠的位點(diǎn)用于育種工作。1996年Orf等[8]對(duì)報(bào)道過(guò)的14個(gè)群體進(jìn)行整理, 在5個(gè)群體里控制大豆脂肪酸的QTL有12個(gè)遺傳貢獻(xiàn)率超過(guò)了10％。2009年宋萬(wàn)坤等[9]對(duì)大豆脂肪酸組分QTL進(jìn)行了元分析, 影響大豆5種脂肪酸組分的QTL主要分布在A1、B2、D1b、D2、E、G、L這7條連鎖群上, 且成簇分布。其中影響大豆棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸含量的QTL分別為3、1、5、2和1個(gè), 還有1個(gè)QTL同時(shí)影響大豆的棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量。于福寬[10]利用魯黑豆2號(hào)和南匯早黑豆重組自交系群體對(duì)棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、油分等性狀檢測(cè)到13個(gè)QTL。分布于A1、M、G、O、K、B2和N連鎖群上, LOD值為2.62～12.70, 遺傳貢獻(xiàn)率為5.60％～ 21.39％。

目前, 研究者們比較了不同環(huán)境中以同一群體定位到的QTL。朱軍[11]提出的基于混合線(xiàn)性模型復(fù)合區(qū)間作圖法為分析QTL與環(huán)境的互作效應(yīng)提供了有力手段,可以直接分析出QTL與環(huán)境互作的遺傳貢獻(xiàn)率。單大鵬等[12]用Charleston×東農(nóng)594的RIL群體連續(xù)5年對(duì)油份進(jìn)行QTL定位, 檢測(cè)到11個(gè)位點(diǎn), 其中有2個(gè)QTL沒(méi)有與環(huán)境的互作。苗興芬[13]用Charleston×東農(nóng)594的群體通過(guò)3個(gè)年份3個(gè)地點(diǎn)的試驗(yàn), 檢測(cè)到5種脂肪酸的68個(gè)位點(diǎn), 其中有19個(gè)存在與環(huán)境的互作。

本試驗(yàn)利用冀豆12和黑豆組合的F6群體構(gòu)建更完整的大豆遺傳連鎖圖譜, 連續(xù)2年對(duì)5種脂肪酸組分含量進(jìn)行QTL定位, 在三亞環(huán)境下對(duì)石家莊定位到的數(shù)量性狀位點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證, 找到更加可靠的控制5種脂肪酸組分含量的QTL。對(duì)在石家莊和三亞檢測(cè)到的脂肪酸含量進(jìn)行了上位效應(yīng)和QTL與環(huán)境互作效應(yīng)的分析, 有利于得到受環(huán)境影響較小, 能穩(wěn)定遺傳的QTL。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

以5種脂肪酸含量均有差異的冀豆12為母本, 黑豆為父本進(jìn)行雜交。通過(guò)單粒傳法得到本群體F6的211個(gè)家系。2010年冬將收獲的F6單株種植于海南三亞實(shí)驗(yàn)站,每個(gè)家系1行, 行長(zhǎng)2 m, 株行混收, 檢測(cè)了211個(gè)家系脂肪酸主要組分含量。2011年夏, 將收獲的F7種植于河北石家莊堤上實(shí)驗(yàn)站, 對(duì)F8進(jìn)行脂肪酸主要組分含量的測(cè)定。根據(jù)F7群體硬脂酸含量的表型數(shù)據(jù), 從211個(gè)家系中選取含量最高和最低的各30株建立雙尾群體; 每隔3株挑選1株建立間隔挑選群體。

1.2PCR反應(yīng)

以本群體211個(gè)家系F6單株的新鮮嫩葉為試驗(yàn)材料, 用SDS法提取大豆基因組DNA, PCR體系含5 μL DNA、2.0 μL 10×PCR buffer、2.5 mmol L–1dNTPs、1.5 μmol L–1引物、1 U Taq酶, 加ddH2O補(bǔ)足至20 μL。反應(yīng)程序?yàn)?4℃預(yù)變性5 min; 94℃變性30 s, 47℃退火30 s, 72℃延伸30 s, 35個(gè)循環(huán); 72℃延伸5 min, 4℃保存。

1.3脂肪酸測(cè)定方法

采用安捷倫氣相色譜6890N, 將供試材料用研磨儀充分研磨, 磨好后取0.04 g豆粉放入2.0 mL離心管中, 加1 mL脂肪提取液, 振蕩混勻10 min, 10 625×g離心后取上清液, 加0.5 mol L–1甲醇鈉甲酯化1 mL, 靜置10 min, 加飽和NaCl溶液至樣品分層。吸取上清液進(jìn)行氣相色譜分析。選用FID檢測(cè)器, FFAP彈性石英毛細(xì)管柱, 恒壓的模式, 載氣為高純氮?dú)? 流速為1 mL min–1; H2氣流速為35 mL min–1; 空氣流速為350 mL min–1。進(jìn)樣量為1 μL。分流比為10∶1, 進(jìn)樣口的溫度為250℃。檢測(cè)器的溫度為250℃。程序溫為180℃ 3 min, 9℃ min–1升到225℃min–1, 保持25 min[14]。

1.4QTL定位分析方法

利用Map Manager QTXb20 (P=0.0001, 函數(shù)Kosambi)軟件對(duì)冀豆12×黑豆群體進(jìn)行遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建和分析。用Windows QTL Cartographer 2.5軟件及復(fù)合區(qū)間作圖法, 取LOD=2.5為閾值, Walk Speed＝1.5 cM, 對(duì)由211個(gè)家系組成的大群體、雙尾群體和間隔挑選群體的5種脂肪酸含量進(jìn)行QTL檢測(cè), 同時(shí)分析各位點(diǎn)的遺傳貢獻(xiàn)率和加性效應(yīng)。用QTL Network-2.0軟件及基于混合線(xiàn)性模型的復(fù)合區(qū)間作圖法, 對(duì)2個(gè)環(huán)境下的5種脂肪酸含量進(jìn)行聯(lián)合分析, 并分析所檢測(cè)到位點(diǎn)的加性效應(yīng)和與環(huán)境的互作效應(yīng)。

2　結(jié)果與分析

2.1五種脂肪酸的分布特征

從表1可看出, 在不同環(huán)境中2個(gè)親本的5種脂肪酸組分含量有一定的變化。后代群體的5種脂肪酸含量中除三亞環(huán)境的油酸最小值為14.86％, 比低親的父本黑豆高0.81個(gè)百分點(diǎn)外, 其余性狀都具有雙向超親的現(xiàn)象, 且群體后代的平均值均位于兩親本之間, 在2個(gè)環(huán)境中硬脂酸的平均值分別為3.36％和3.15％, 均傾向于低親值, 油酸的平均值分別為17.89％和17.19％, 均傾向于高親值。在5種脂肪酸組分中, 硬脂酸的變異幅度較小, 油酸和亞油酸的變異幅度較大, 表明在這2個(gè)性狀上后代群體有一定差異, 對(duì)提高油酸和亞油酸在大豆5種脂肪酸組分中所占的比例有一定意義。5種脂肪酸組分的最大值和最小值差異較明顯, 說(shuō)明在后代分離群體中的表現(xiàn)分離程度較大,且變異連續(xù), 在2個(gè)環(huán)境中5種脂肪酸組分偏度的絕對(duì)值都小于1, 基本呈正態(tài)分布, 是屬于多基因控制的數(shù)量性狀。

2.2不同世代不同地點(diǎn)5種脂肪酸組分的相關(guān)

表2表明, F7棕櫚酸和油酸、亞油酸呈極顯著負(fù)相關(guān), 硬脂酸和亞麻酸呈顯著負(fù)相關(guān), 油酸和亞油酸、亞麻酸呈極顯著負(fù)相關(guān), F7脂肪酸間的相關(guān)除了硬脂酸和亞麻酸的相關(guān)程度外, 其余均和F8脂肪酸間的相關(guān)性一致。棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸F7和F8之間都呈極顯著正相關(guān)。說(shuō)明F7和F8的脂肪酸組分含量受環(huán)境因素的影響較大。

表1　親本及后代群體脂肪酸性狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1　Statistics results of fatty acids traits of parents and descendant population

表2　群體F7和F8兩代間脂肪酸的相關(guān)Table 2　Correlatin coefficient of five types of fatty acids between F7and F8populations

2.3遺傳圖譜構(gòu)建

參照Cregan等[15]公布的大豆遺傳連鎖圖譜, 在20條連鎖群上, 約每10 cM挑選2～3對(duì)引物, 共篩選了495對(duì)引物, 其中有多態(tài)的為221對(duì), 從中選取130對(duì)分布均勻的引物, 利用構(gòu)建遺傳連鎖圖譜, 能得到條帶清晰的為118對(duì), 與冀豆12帶型一致的記為A, 與黑豆帶型一致的

記為B, 雜合的帶型記為H, 缺失的記為-。

利用SSR標(biāo)記對(duì)冀豆12×黑豆群體構(gòu)建大豆遺傳連鎖圖譜, 共包括21條連鎖群。與大豆公共圖譜相比較, 連鎖群與公共圖譜有很好的對(duì)應(yīng), 標(biāo)記順序與公共圖譜完全一致。遺傳連鎖圖譜的標(biāo)記為117個(gè)SSR標(biāo)記, 每個(gè)連鎖群上平均包括6個(gè)標(biāo)記, 圖譜總長(zhǎng)度為1501.0 cM, 標(biāo)記間平均距離為15.6 cM[16]。

2.4不同環(huán)境5種脂肪酸組分的QTL定位

采用復(fù)合區(qū)間作圖法分析石家莊和三亞2個(gè)環(huán)境大豆5種脂肪酸含量的數(shù)據(jù), 共檢測(cè)到16個(gè)QTL (圖1和表3)。

在石家莊環(huán)境可以檢測(cè)到4個(gè)控制硬脂酸的QTL, 分別位于連鎖群B2、C2和I, 在三亞環(huán)境還可以檢測(cè)到2 個(gè)QTL, 分別位于連鎖群B2和C2 (表3), LOD值為2.50～ 7.03, 遺傳貢獻(xiàn)率為11％～14％。其中QTL Ste-1在2個(gè)環(huán)境中都被檢測(cè)到, 增效基因均來(lái)自母本冀豆12, 且可解釋的遺傳變異都為12％。

在雙尾群體和間隔挑選群體中, 均可定位到控制硬脂酸的QTL Ste-1, 遺傳貢獻(xiàn)率為15％～27％, 在雙尾群體中定位到位于B2和C2上的QTL與石家莊環(huán)境中所檢測(cè)到的位點(diǎn)一致(圖2), 其中位于B2上的QTL Ste-3在間隔挑選群體中也被檢測(cè)到, 說(shuō)明分布在連鎖群B2和C2上的控制硬脂酸的QTL比較穩(wěn)定。在雙尾群體I連鎖群標(biāo)記Satt148附近和在間隔挑選群體H連鎖群標(biāo)記Satt541–Sat-118檢測(cè)到了控制硬脂酸的位點(diǎn), 這2個(gè)QTL與冀豆12×黑豆群體定位到的位點(diǎn)不同, 有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

在石家莊環(huán)境檢測(cè)到1個(gè)棕櫚酸含量QTL (QTL Pal-1), 位于F連鎖群, LOD值為2.69, 可解釋6％的遺傳變異。在石家莊環(huán)境檢測(cè)到2個(gè)油酸含量QTL, 都分布在I連鎖群的Satt162附近, 遺傳貢獻(xiàn)率分別為9％和10％,其增效基因均來(lái)自母本冀豆12, 2個(gè)QTL距離較近, 在連鎖群I上可能有控制油酸的主效QTL存在, 在海南環(huán)境檢測(cè)到1個(gè)QTL, 位于連鎖群L。在石家莊環(huán)境下只檢測(cè)到2個(gè)亞油酸含量QTL, 分別位于連鎖群C2和I, 可解釋的遺傳變異分別為12％和6％。在石家莊環(huán)境檢測(cè)到3個(gè)控制亞麻酸的QTL, 分別位于連鎖群A2、C2和G上, LOD值為2.44～5.07, 遺傳貢獻(xiàn)率為7％～15％。其中位于連鎖群G標(biāo)記Satt612–Sat_372之間的QTL Len-5, 在石家莊環(huán)境本群體的F4中也曾被檢測(cè)到, 其增效基因來(lái)自父本黑豆。在三亞環(huán)境檢測(cè)到2個(gè)控制亞麻酸的QTL, 分別位于連鎖群C2和I, 可解釋的遺傳變異為5％和8％。

圖1　冀豆12×黑豆中檢測(cè)出的5種脂肪酸含量QTL在連鎖群的分布Fig. 1　Distrbution of QTL for five types of fatty acids detected from Jidou 12×Heidou on linkage map

表3　2年中用CIM法定位的5種脂肪酸含量QTLTable 3　QTLs mapping of five fatty acid contents with CIM method in two years

圖2　復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)硬脂酸的QTL定位似然比圖譜Fig. 2　Likelihood ratio maps of QTL tagging for stearic acid using CIM

2.5聯(lián)合分析2個(gè)環(huán)境下5種脂肪酸含量QTL與環(huán)境的互作

利用F6群體的分子數(shù)據(jù)及石家莊和三亞2個(gè)環(huán)境下5種脂肪酸含量的數(shù)據(jù), 用QTLNetwork-2.1軟件基于混合線(xiàn)性模型的復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)2個(gè)環(huán)境的大豆脂肪酸組分含量進(jìn)行聯(lián)合分析(表4), 共檢測(cè)到13個(gè)QTL, 可解釋的遺傳變異范圍為3.8％～15.4％, 和CIM法相比, 2種方法都能檢測(cè)到的QTL有9個(gè), 但貢獻(xiàn)率較CIM法有所下降。

13個(gè)QTL中有12個(gè)與環(huán)境具互作效應(yīng), 其效應(yīng)值為0.0001～0.4458, 2個(gè)環(huán)境對(duì)單個(gè)位點(diǎn)的效應(yīng)值大致相等,但作用相反。位點(diǎn)與環(huán)境的互作均沒(méi)有達(dá)到顯著水平。其中分布在I連鎖群標(biāo)記Satt049～Sat_418控制亞油酸的QTL與環(huán)境互作效應(yīng)的貢獻(xiàn)率為0, 說(shuō)明該位點(diǎn)與環(huán)境沒(méi)有發(fā)生互作效應(yīng)。控制亞油酸的QTLN Lei-2與環(huán)境互作的遺傳貢獻(xiàn)率最大, 為0.89％。13個(gè)QTL與環(huán)境互作效應(yīng)總的遺傳貢獻(xiàn)率為3.04％, 明顯小于自身加性效應(yīng)的遺傳貢獻(xiàn)率。說(shuō)明本群體所定位的QTL受環(huán)境影響較小, 比較穩(wěn)定、可靠。從表4可知, 除了3個(gè)控制油酸位點(diǎn)的加性效應(yīng)都為正值, 增效基因均來(lái)自父本外, 控制其余4種脂肪酸位點(diǎn)的加性效應(yīng)同時(shí)存在正值和負(fù)值, 這也說(shuō)明了5種脂肪酸組分除F7三亞環(huán)境的油酸沒(méi)有負(fù)向超親外其余均有雙向超親分布, 且最大值和最小值之間差異顯著。

表4　2年中用MCIM法定位的5種脂肪酸含量QTL及其與環(huán)境的互作Table 4　QTLs mapping of five fatty acid contents QE interaction with MCIM in two years

3　討論

3.1兩年QTL定位結(jié)果比較

由于大豆脂肪酸組分含量屬于數(shù)量性狀, 環(huán)境和年份對(duì)其影響較大, 從2年的脂肪酸組分含量定位結(jié)果可知,控制5種脂肪酸組分含量的QTL較集中分布在B2、C2 和I連鎖群。其中, 在B2連鎖群標(biāo)記Satt168–Satt556控制硬脂酸的QTL在2個(gè)環(huán)境中可被重復(fù)檢測(cè)到, 且2年的遺傳貢獻(xiàn)率都為12％。這一位點(diǎn)和Spencer等[6]利用普通硬脂酸含量品種Dare和高硬脂酸含量品種FAM94-41的重組自交系F2、F2:3報(bào)道過(guò)的位點(diǎn)一致, 鄭永戰(zhàn)等[7]也曾用高含油量品種Essex和低含油量品種ZDD2315的回交群體報(bào)道過(guò)這個(gè)位點(diǎn)。在不同年份地點(diǎn)、環(huán)境下得到的相同的基因位點(diǎn), 是硬脂酸的重要基因位點(diǎn)。在石家莊環(huán)境B2連鎖群上還可以檢測(cè)到一個(gè)控制硬脂酸的QTL位點(diǎn), 和2006年鄭永戰(zhàn)等[7]利用回交群體報(bào)道的位點(diǎn)一致。本試驗(yàn)定位的區(qū)間和曾報(bào)道的相比, 遺傳距離在公共圖譜上縮短了1.13 cM。三亞環(huán)境下檢測(cè)到的在L連鎖群上控制油酸的位點(diǎn)和Maria等[17]在2008年用G99～G725和N00～3350的F2:3定位到的位點(diǎn)都與標(biāo)記Satt462相連鎖。在C2連鎖群標(biāo)記Satt286–Satt460控制硬脂酸的位點(diǎn)和在G連鎖群上控制亞麻酸的位點(diǎn)曾在本群體F2:4中被檢測(cè)到[18],且這一位點(diǎn)和鄒筱[19]報(bào)道的與脂肪、硬脂酸、油酸、亞油酸含量相關(guān)的Satt079標(biāo)記的遺傳距離較近。由于數(shù)量性狀受環(huán)境和群體的影響, 所以, 在不同群體和同一群體不同環(huán)境中重復(fù)檢測(cè)到的位點(diǎn)比較可靠, 挖掘這些有利基因有著重要的意義。

3.2遺傳距離較近的QTL

本試驗(yàn)檢測(cè)到控制5種脂肪酸組分含量的QTL位點(diǎn)中, 在不同年份所檢測(cè)到的控制同一性狀的位點(diǎn)分布在同一個(gè)連鎖群不同標(biāo)記之間且遺傳距離很近, 如在C2連鎖群上控制硬脂酸的QTL, 在2008年三亞環(huán)境下和2009

年石家莊環(huán)境下被定位在標(biāo)記Satt316–Satt307, 在2010年三亞環(huán)境下被定位在標(biāo)記Satt643–Satt286, 在2011年石家莊環(huán)境下被定位在標(biāo)記Satt286–Satt460, 遺傳貢獻(xiàn)率分別為7％, 11％, 14％。在G連鎖群上控制亞麻酸的QTL位點(diǎn), 在2008年石家莊環(huán)境下被定位在標(biāo)記Satt517–Satt612, 在2011年石家莊環(huán)境下被定位在標(biāo)記Satt612–Sat_372, 遺傳貢獻(xiàn)率分別為20％和15％。

以上幾對(duì)分布在連鎖群C2和G上的QTL在公共圖譜中的遺傳距離很近, 由于環(huán)境對(duì)定位造成的影響, 這幾個(gè)QTL可能是一個(gè), 但在QTL的初定位中沒(méi)有明確的結(jié)論,是否為同一個(gè)QTL只能通過(guò)這一區(qū)域引物的加密, 在不同環(huán)境反復(fù)試驗(yàn)繼續(xù)驗(yàn)證。Fulton等[20]認(rèn)為, 在多種環(huán)境中能同時(shí)檢測(cè)到的QTL可能比那些只能在一種環(huán)境中檢測(cè)到且效應(yīng)值更高的QTL更有利用價(jià)值, 這樣的QTL在轉(zhuǎn)移到新的遺傳背景或在不同的環(huán)境條件下評(píng)價(jià)時(shí)更穩(wěn)定。同時(shí)分析多個(gè)環(huán)境下的數(shù)據(jù), 能增大QTL的檢測(cè)強(qiáng)度, 準(zhǔn)確估計(jì)QTL的位置和效應(yīng)[21]。對(duì)于遺傳距離較近的QTL, 單大鵬等[10]將其歸為基本一致的QTL, 但對(duì)可以歸為一個(gè)QTL的遺傳距離沒(méi)有做出限制, 對(duì)于本試驗(yàn)中在硬脂酸和亞麻酸上檢測(cè)到的這2個(gè)標(biāo)記區(qū)域可以作進(jìn)一步研究, 以利于說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

3.3大豆脂肪酸組分含量QTL的富集區(qū)與相關(guān)性

在數(shù)量性狀基因定位時(shí)經(jīng)常將控制不同性狀的基因定位到連鎖群的同一區(qū)域,本研究發(fā)現(xiàn), 控制亞麻酸和與其相關(guān)的油酸、亞油酸3個(gè)性狀的QTL有部分重疊現(xiàn)象(表3和圖1)。在I連鎖群標(biāo)記Satt162–Satt148同時(shí)控制油酸和亞麻酸的含量, 在I連鎖群標(biāo)記Sat_418附近檢測(cè)到控制油酸和亞油酸這2個(gè)性狀的QTL。由表2可知, 在F8中, 油酸和亞油酸、亞麻酸都呈極顯著負(fù)相關(guān), 與于福寬[10]和鄒筱等[19]報(bào)道的結(jié)果一致, 說(shuō)明這一相關(guān)在本群體F7和不同群體中都穩(wěn)定存在[22-23], 試驗(yàn)結(jié)果表明, 在連鎖群I上很可能存在控制這一相關(guān)的基因位點(diǎn)。在F8中, 亞油酸和亞麻酸存在極顯著負(fù)相關(guān), 這一相關(guān)徐豹等[24]曾報(bào)道過(guò), C2連鎖群Satt457–Satt322的QTL同時(shí)控制亞油酸和亞麻酸的含量, 說(shuō)明2個(gè)性狀間重疊的QTL與相關(guān)性具有一致性。這些位點(diǎn)從分子層面上對(duì)油酸、亞油酸和亞麻酸的相關(guān)性做出了更好的解釋, 也證明了基因一因多效的現(xiàn)象。通過(guò)脂肪酸組分間的相關(guān), 對(duì)其中一種組分的選擇可以影響到遺傳距離較近的另一種脂肪酸組分。本研究中具有多效性脂肪酸QTL集中在C2和I連鎖群上。同時(shí)控制多個(gè)數(shù)量性狀的可能是同一個(gè)基因位點(diǎn), 也可能是多個(gè)基因緊密連鎖共同對(duì)一個(gè)性狀起作用[25]。目前的QTL定位中精細(xì)定位的研究還很少, 隨著分子技術(shù)的發(fā)展尤其是SNP的運(yùn)用,遺傳連鎖圖譜的不斷加密和完善, 可以把QTL準(zhǔn)確定位到大豆遺傳連鎖圖譜中, 把在同一個(gè)區(qū)域中定位到的距離較近的QTL分解開(kāi), 可以通過(guò)精細(xì)定位和圖位克隆技術(shù), 最終將有價(jià)值的基因應(yīng)用到分子育種上[26]。

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QTL Analysis of Fatty Acid Contents under Different Environments in Soybean

LEI Ya-Kun1,2,**, LIU Bing-Qiang1,**, DI Rui1, YAN Long1, YANG Chun-Yan1, HAO Dong-Xu3, and ZHANG Meng-Chen1,*
1Institute of Cereal and Oil Crops, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Shijiazhuang Branch Center of National Center for Soybean Improvement / Hebei Genetic Breeding Laboratory, Shijiazhuang 050031, China;2Institute of Agricultural Information and Economy, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, China;3Hebei Econmy Management School, Shijiazhuang 050071, China

Abstract:Soybean is an important crop which contributes about 60％ of the world’s oilseed production. The quality of soybean oil depends on the relative composition of fatty acid in seeds. A population of recombinant inbred lines derived from a cross of Jidou 12 × Heidou was grown in two environments and the seed samples from the environments were evaluated for fatty acid contents. Simple sequence repeat (SSR) markers were used to construct genetic linkage map. A total of 16 QTLs underlying fatty acid contents were identified by CIM and MCIM methods using Windows QTL Cartographer 2.5 and QTL Network-2.0 software at Sanya and Shijiazhuang locations, respectively. These QTLs were scattered on linkage groups A2, B2, C2, F, G, I, L. According to the two environment combined data, 13 QTLs were detected using two mapping methods. Nine of them were common in the results from two methods. Another QTL associated with stearic acid content, named as Ste-1, located on LG B2 and flanked by Satt168 and Satt556, was stable across two locations, also. QTL Ste-1 could explain 12％ of the phenotypic variation at both locations. This study is helpful to improve fatty acid composition in soybean.

Keywords:Soybean; Fatty acids; Quantitative trait loci; Environment

收稿日期Received(): 2015-07-09; Accepted(接受日期): 2015-11-20; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2015-12-08.

通訊作者*(Corresponding author): 張孟臣, E-mail: zhangmengchen@hotmail.com, Tel: 0311-87670653

DOI:10.3724/SP.J.1006.2016.00303