作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(3): 382−388
www.chinacrops/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9
E-mail: xbzw@chinajournal
基金项目: 国家自然科学基金重大项目(30490251); 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA100104, 2006AA10A111); 国家“十一五”科技
支撑计划项目(2006BAD13B05)
作者简介: 宁慧霞(1976–), 女, 硕士研究生, 研究方向为大豆分子遗传学。
*
通讯作者(Corresponding author): 邱丽娟, 女, 研究员, 博士生导师, 从事大豆基因资源利用研究。E-mail: qiu_lijuan @263;
Tel: 010-********
Received(收稿日期): 2007-05-01; Accepted(接受日期): 2007-09-27.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.00382
大豆品种成熟期基因型推测的研究
宁慧霞1,2 李英慧1 刘章雄1 常汝镇1 关荣霞1 罗淑萍2 邱丽娟1,*
(1 中国农业科学院作物科学研究所 / 国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程 / 农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室, 北京100081; 2 新疆农业大学, 新疆乌鲁木齐830052)
摘 要: 选择不同来源中国大豆品种23份和国外引进的成熟期近等基因系35份进行SSR 分析, 目的是鉴定与成熟期基因型紧密连锁的标记, 进而推测中国大豆品种的成熟期基因型。结果表明, (1)210对SSR 标记中125对在成熟期近等基因型中具有多态性, 推测与成熟期有关的标记有8个; (2)在Clark 近等基因系中, 筛选出成熟期基因E3/e3特异性标记Satt229, E4/e4的特异SSR 标记Sct_010、Satt294、Satt247、Satt452和Satt156; 在Clark 和Harosoy 近等基因系中, 筛选出E7/e7的特异性SSR 标记为Satt071、Satt178; (3)根据8个与成熟期相关的标记的分子数据, 构建了国外大豆近等基因系的UPGMA 聚类图, 共聚为4类, 背景来源相同或相似的品系被聚为一类, 明显分为Clark 近等基因系和Harosoy 近等基因系。(4)与近等基因系成熟期基因(E7)分子标记比对, 推测出25份中国大豆品种的成熟期基因。
北京翻译公司
politician
关键词: 大豆; 成熟期; 近等基因系; SSR 分子标记
Deducing Maturity Genotype of the Chine Soybean Varieties
NING Hui-Xia 1,2, LI Ying-Hui 1, LIU Zhang-Xiong 1, CHANG Ru-Zhen 1, GUAN Rong-Xia 1, LUO Shu-Ping 2, and QIU Li-Juan 1英语三级考试真题
my documents
(1 The National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement (NFCRI) /Key Laboratory of Germplasm & Biotechnology (MOA) /Institute of Crop Sciences, Chine Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 2 College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumchi 830052, Xinjiang, China)
Abstract : In order to find the tightly linked diagnostic SSR (simple quence repeat) markers on soybean LG related to the ma-turity genotype and further deduce the maturity genotype of Chine varieties, 215 pairs of SSR marker were lected to analyze 23 Chine soybean varieties and 35 introduced maturity Near-Isogenic Lines (NIL) from U.S.A. Among them, 125 SSR markers were polymorphic and 8 SSR markers were related to the maturity genotype. In detail, on Clark background, Satt229 tightly linked to E3/e3 locus, five markers including Sct_010, Satt294, Satt247, Satt452, and Satt156 tightly linked to E4/e4 locus; on both Clark and Harosoy background, Satt071
and Satt178 tightly linked to E7/e7 locus. Anyway, considered the NILs on Harosoy background, only two markers (Satt071and Satt178) could be ud to deduce the genotype of Chine soybean varieties. There-fore, the maturity genotypes of 25 varieties from China were deduced. The clustering tree bad on UPGMA was constructed with the molecular data of 8 SSR markers correlated to maturity genes, and four groups were formed The result showed that the NILs with the same genetic background were clustered together, in which the NILs with Clark background were clearly different from tho with the Harosoy background.
Keywords: Soybean; Maturity; Near-Isogenic Lines; SSR markers
大豆生育期长短是大豆育种的一个重要指标, 与大豆生物产量有着密切的关系, 而且是大豆最重
要的适应性生态性状[1]。生育期中的开花期(R1)和成熟期(R8)(Fehr 等, 1971)是大豆引种中首先要考虑的
第3期宁慧霞等: 大豆品种成熟期基因型推测的研究383
农艺性状, 也是大豆区划的依据。大豆成熟期是由多基因控制的数量性状, 成熟期基因主要是在成熟期区组或晚熟组大豆中发现的[2-3]。美国农业部大豆种质资源中心和加拿大渥太华东部谷物油料研究中
心以Clark和Harosoy作为轮回亲本、利用回交法转育成Clark和Harosoy近等基因系[4-5], 包含成熟期基因E的不同等位基因。到目前为止, 发现8个基因影响大豆的开花期和成熟期, 包括E1和E2[6], E3[7]、E4[8]、E5[4]、E6[9]、E7[10]和J[11]。其中, E1基因使出苗—开花延迟, 使开花—成熟阶段缩短, E2和E3使两个生育阶段都延长, 以E3的作用最小; 进一步的研究表明成熟期基因具累加效应[12]。在Clark等基因系中, E1显著降低了粒大小, E2和E3对株高的作用显著; 在Harosoy近等基因系系中, E1和E3的倒伏性存在显著差异[13]。
用不同的定位群体, 在大豆中已经定位了与开花和成熟期有关的QTL[14-19]。Stephen等[20]用SSR分子标记将E1和E7定位在LG C2上, E3定位在LG L 上, E4定位在LG I上。用41个近等基因系和两个轮回亲本分析表明, FCA与E3紧密连锁或FCA是E3基因, 在连锁群L上FCA与Satt373连锁; PHYB与E1有关[19]。Yamanaka等发现了4个与开花基因相关的QTL——FT1、FT2、FT3和FT4[18,22]。用重组自交系的残留片段杂合系(RHL)将大豆的开花基因FT1定位在连锁群C2上, 与其紧密连锁的标记是Satt365(SSR)和GM169(RFLP), 遗传距离分别为0.1 cM和0.4 cM[23]。
由于大豆成熟期遗传的复杂性, 我国大豆品种基因型鉴定尚未见报道。本研究选用国外引进已知成熟期基因型的近等基因系，筛选与生育期相关的SSR标记, 推测我国部分优良品种的成熟期基因型, 以期为我国大豆品种成熟期研究提供参考。
smilence1材料与方法
1.1材料weakest
从大豆优良品种[24-26]中选出已知成熟期组[27]23份品种, 以35份国外引进近等基因系(18份Clark近等基因系和17份Harosoy近等基因系)为对照。所有实验材料均来自中国农业科学院作物科学研究所大豆基因资源研究与利用实验室(表1, 表2)。
1.2SSR标记分析大学英语四级作文
用SDS法从大豆种子中提取DNA[28]; 根据Yamanaka等[23]、Tasma等[21]、Stephen等[20]报道的有关开花与成熟期的标记所在连锁群信息及整合遗传图谱标记信息, 选择210对SSR引物。PCR扩增程序为95℃变性5 min后, 以95℃30 s, 47℃ 30 s, 72℃ 30 s进行35个循环, 72℃延伸5 min后, 4℃保存。PCR扩增产物用6%的聚丙烯酰胺凝胶电泳分离, 以银染法染色、显影, 读取SSR位点。
1.3数据处理
每个SSR位点以A、B、C、D等表示不同等位变异, 杂合带以标记为A、B、C带型相同的结合字母来表示。没有扩增检测结果的位点以“F”表示。
2结果与分析
2.1相关基因标记的鉴定
用210对SSR引物对近等基因系进行分析, 表现为多态性的位点有125个, 通过近等基因系分析, 鉴定出Satt229、Satt156、Sct_010、Satt294、Satt247、Satt452、Satt071、Satt178共8个标记与成熟基因相关(表1)。
在Clark背景下, 除L71-920外, Satt229位点在所有具有E3等位基因的品系中均表现A变异, 而具有e3等位基因的品系表现B变异, 符合率为94.4%; 但Satt229位点在Harosoy及其16个近等基因系中的符合率仅为76.5%, 说明Satt229标记与成熟期基因E3/e3相关。
在Clark及其17个近等基因系中, Satt294、Satt247、Satt452、Satt156、Sct_010五个位点在所有E4基因品系中为A变异, 而e4基因品系为B变异, 说明这些标记在Clark背景下与成熟期基因E4/e4紧密连锁。与Satt229标记的表现相似, 在Harosoy背景下, 以上5个标记的符合率下降, 变化区间为38.9%~77.8%, 推测这5个标记与成熟期基因在Harosoy背景中与E4/e4存在一定的相关。
Satt071和Satt178两个位点无论是在Clark背景下还是在Harosoy背景下(图1), 具有E7基因的近等基因系都表现为A变异, 具有e7基因的近等基因系都表现为B变异, 说明这两个位点与E7/e7紧密连锁, 可用于中国地方大豆品种E7/e7位点基因型的推测。
利用本研究中得到的与E3/e3、E4/e4、E7/e7相关的标记Satt229、Sct_010、Satt247、Satt452、Satt156、Satt294、Satt071、Satt178对近等基因系进行聚类分析, 结果如图2所示。
384
作 物 学 报
第34卷
表1 与成熟期基因相关的SSR 标记在35份国外引进的成熟期近等基因系中的分布
Table 1 The distribution of SSR marker correlated with maturity gene in the 35 NILs from USA
Maturity gene 成熟期基因
E3(A)/e3(B)
E4(A)/e4(B)
E7(A)/e7(B)马来语
品种名称 Variety 背景(NIL) Background 基因型 Genotype
Satt229 (LG L)
Satt156
(LG L)Sct_010(LG L)Satt294(LG C1)Satt247(LG K)Satt452 (LG E) Satt071 (LG Dla) Satt178 (LG K)
新概念英语官网Clark Clark e1E2E3E4e5E7 A A A A A A A A L67-1474 Clark E1E3E4E7 A A A A A A A A L62-1932 Clark
e2E3E4E7
A A A A A A A A L71-920 Clark e1e2e3E4e5E7 A
A A A A A A
A
L63-3117 Clark e1e2E3E4e5E7 A A A A A A A A L63-2404 Clark e1E2e3E4e5E7 B A A A A A A A L63-3270 Clark e1E2e3E4e5E7 B A A A A A A A L63-3016 Clark e1E2E3e4e5E7 A B B B B B A A L80-5914 Clark E1e2e3E4e5E7 B A A A F A A A L80-5879 Clark
E1e2e3E4e5E7
B A A A A A A A L66-432 Clark E1e2E3E4e5E7 A A A A A A A A L66-531 Clark E1e2E3E4e5E7 A A A A A A A A L74-441 Clark E1E2e3E4e5E7 B A A A A A A A L76-865 Clark E1E2e3E4e5E7 B A A A A A A A L65-3366 Clark
E1E2E3E4e5E7
A A A A A A A A L66-546 Clark E1E2E3E4E5E7 A A A A A A A A L94-1110 Clark e1e2E3E4E5E7 A A A A A A A A L92-1195 Clark
e1E2E3E4E5E7
A A A A A A A A Harosoy Harosoy e1e2E3E4e5E7 A A
B A A B A A A L62-667 Harosoy e1e2e3E4e5E7 A A A A A B A A L67-153 Harosoy e1e2E3E4e5E7 A A A B B B A A L84-307 Harosoy e1E2e3E4e5E7
C A A B B B A A L64-4584 Harosoy e1E2E3E4e5E7 A A A B B B A A L71-802 Harosoy E1e2e3E4e5E7 B A A A B B A A L67-2324 Harosoy E1e2E3E4e5E7 A A A A B B A A L71L-3004 Harosoy E1E2E3E4e5E7 A A A B B B A A L84-337 Harosoy e1e2e3E4E5E7 B A A B B B A A L64-4830 Harosoy e1e2E3E4E5E7 A B AB B B B A A L74-66 Harosoy e1E2E3E4E5E7 A A B B B B A
A L71L-3015 Harosoy E1e2E3E4E5E7 A A B B B B A A OT89-5 Harosoy e1e2e3e4e5E7 A A B B B B A A OT93-28 Harosoy E1e2e3e4e5E7 B A B B B B A A OT94-41 Harosoy e1e2E3e4e5E7 B B B C B A A A OT94-47 Harosoy e1e2e3e4e5e7 B F A B B A B B OT94-49 Harosoy E1e2e3e4e5E7
B B A B B B A A
第3期
宁慧霞等: 大豆品种成熟期基因型推测的研究
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表2 推测的中国大豆品种成熟期基因型
Table 2 Maturity genotype of Chine soybean germplasms deduced
E7(A)/e7(B)
品种名称 Name of variety
类型 Type
来源地 Source
Satt071 Satt178 克北1号 Kebei 1 选育品种Relead cultivar 黑龙江克山Keshan, Heilongjiang e7 E7 合丰37 Hefen 37 选育品种Relead cultivar 黑龙江合江Hejiang, Heilongjiang e7 E7 黑河1号 Heihe 1 选育品种Relead cultivar 黑龙江黑河Heihe, Heilongjiang e7 E7 黑农2号 Heinong 2 选育品种Relead cultivar 黑龙江哈尔滨Harbin, Heilongjiang e7 E7 绥农1号 Suinong 1 选育品种Relead cultivar 黑龙江绥化Suihua, Heilongjiang e7 E7 绥农14 Suinong 14 选育品种Relead cultivar 黑龙江绥化Suihua, Heilongjiang E7 E7 合丰25 Hefeng 25 选育品种Relead cultivar 黑龙江合江Hejiang, Heilongjiang e7 E7 茶色豆 Chadou
地方品种Landrace 吉林公主岭Gongzhuling, Jilin e7 E7 泰兴矮脚红 Taixingaijiaohong 地方品种Landrace 江苏泰兴Taixing, Jiangsu E7 e7 六月黄 Liuyuehuang 地方品种Landrace 四川德阳Deyang, Sichuan e7 E7 牛毛黄 Niumaohuang
地方品种Landrace 吉林通化Tonghua, Jilin E7 E7 怀德白花大粒 Huaidebaihuadali 地方品种Landrace 吉林怀德Huaide, Jilin — E7 四角齐黄豆 Sijiaoqihuangdou 地方品种Landrace 河北曲周Quzhou, Hebei e7 e7 冀豆7号 Jidou 7
选育品种Relead cultivar 河北石家庄Shijiazhuang, Hebei E7 E7 犍为泉水豆 Jianweiquanshuidou 地方品种Landrace 四川犍为Jianwei, Sichuan e7 E7 莆豆451 Pudou 451 选育品种Relead cultivar 福建莆田Putian, Fujian e7 E7 小青豆 Xiaoqingdou 地方品种Landrace 山西洪洞Hongdong, Shanxi E7 E7 油黄豆 Youhuangdou 地方品种Landrace 甘肃西和Xihe, Gansu e7 E7 玉石豆 Yushidou
地方品种Landrace 辽宁兴城Xingcheng, Liaoning e7 e7 郑84240-B1 Zheng 84240-B1 选育品种Relead cultivar 河南郑州Zhengzhou, Henan e7 e7 泌阳牛毛黄 Miyangniumaohuang 地方品种Landrace 河南泌阳Miyang, Henan e7 e7 灌云海白花 Guangyunhaibaihua 地方品种Landrace 江苏灌云Guanyun, Jiangsu e7 e7 74-424 选育品种Relead cultivar
湖北武汉Wuhan, Hubei
e7 E7
“—”：不表现相应的等位变异。“—”: no same allele.
图1 58份材料Satt178凝胶电泳分离
Fig. 1 The banding pattern for Satt178 in 58 accessions in the denaturing polyacrylamids gel
在遗传相似系数为0.52处, 35份近等基因系聚为4类(图2), I 类和II 类都只由一份品系组成, 其中I 类的品系在6个成熟期位点上皆为隐性。III 类主要是由具有Clark 背景的品系组成, 另有两份Harosoy 背景的品系也聚到此类。17份Harosoy 背景的品系中有15份聚到IV 类, IV 类还包括1份Clark 背景品系。聚类结果表明背景来源相同或相似的品系被聚为一类, 明显分为Clark 近等基因系和Harosoy 近等基因系。
2.2 中国大豆品种的基因型推测
将25份国内品种在2个SSR 位点的等位变异
与近等基因系的等位变异进行比较(表2), 进而对其在E7位点的成熟期基因型进行推测(表2)。
在Satt071位点, 除1个品种不表现E7或e7等位变异, 3个品种为E7等位变异外, 其他19个品种为e7等位变异。在Satt178位点, 除6个品种为e7等位变异外, 17个品种为E7等位变异。根据两个位点一致的等位变异推断, 绥农14、牛毛黄、冀豆7号和小青豆基因型可能为E7E7, 而四角齐黄豆、玉石豆、郑84240-B1、泌阳牛毛黄和灌云海白花基因型可能为e7e7。
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作 物 学 报 第34卷
图2 与E3/e3、E4/e4、E7/e7连锁紧密的8对SSR 标记对成熟期近等基因系的UPGMA 聚类
Fig. 2 UPGMA dendrogram were constructed bad on 8 SSR loci which linked to E3/e3, E4/e4, and E7/e7 for NILs
“C”代表Clark 背景; “H”代表Harosoy 背景。“C” referred to Clark NILs; “H” referred to Harosoy NILs.
3 讨论
3.1 成熟期分子标记鉴定improved
近等基因系(near isogenic lines, NIL)是指一组遗传背景相同或相近, 只在个别染色体区段上存在差异的株系, 是经过一系列回交过程的产物[29]。在育种实践中, 就是将带有标记基因的供体亲本与轮回亲本进行杂交, 并多次回交, 且每代只选择目标基因个体与轮回亲木回交, 从而获得除目标基因外, 其他遗传背景与轮回亲本相同的品系[30]。利用近等基因系, 可较准确地筛选到与目标性状连锁的分子标记, 并可与传统的遗传图谱对应整合[31]。
本研究用Clark 及其17个近等基因系发现E3/e3的特异性连锁SSR 标记为Satt229, 与Stephen
[20]
用
Harosoy 及其11个近等基因系结果一致。值得指出的是, 本研究中所用Harosoy 及其16个近等基因系中却没有得到与Stephen 相同的结果, 这是由于两个研究中只有7个相同近等基因系的缘故, 同时也说明, 这个标记可能与E3/e3的连锁还不够紧密。
本研究鉴定出的E4/e4的相关SSR 标记，在连锁群LG L 为Sct_010和Satt156, 在LG C1为Satt294、在连锁群LG K 为Satt247、在连锁群LG E 为Satt452。Tasma 用两个不同群体在连锁群L 上距Sct_010和Satt156大约3~18 cM 发现有R3(结荚期初期)QTL [17]。Keim 等[14]用G. max 和G. soja 的F 2群体在C1连锁群定位了5个与大豆的成熟期(包括开花期)相关AFLP 标记。使用Minsoy × Noir 1的F 2群体, 在连锁群L 有开花QTL [15]。在单交组合PI97100和Coker237的F 2群体中发现连锁群K 上有成熟期QTL [16]。SoyBa 上的QTL 统计表明, 包含连锁群(LG)L 的染色体组区是QTL 富集区, 包括R1、生殖生长时期(reproductive period)、R5和豆荚成熟(Seed pod maturity)[14-15,34-36]。这说明本研究鉴定的这些标记可能与成熟期基因有关。
本研究鉴定出与E7/e7位点连锁的SSR 标记为Satt071、Satt178, 分别位于连锁群LG Dla 和K 。其中, 位于K 连锁群的Satt178与本研究发现E4/e4基因的K 连锁群的标记Satt247相距3.1 cM 。说明E7/e7
