江淮大豆育种种质群体生育期性状QTL关联定位开题报告

 2023-02-18 22:13:52

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.课题的意义:大豆育种的关键不仅在于亲本选配，更主要的是对性状的选择[1]。开花期和成熟期是决定大豆生态适应性和产量的重要性状，研究大豆生育期的遗传规律，解析大豆生育期性状调控的分子基础，对大豆品种适应性改良具有重要意义[2]。2.国内外研究进展：大豆种子中含有多种微量活性成分，以大豆为原料的保健品以及各种大豆食品在国际上日益盛行，全球对大豆的需求与日俱增。中国耕地的面积有限，通过增加耕地面积，来提高大豆产量的可行性不高，最好的解决方法就是提高大豆的产量水平[3]。目前，与大豆生育期相关基因的发现还有增多的趋势[7]。生育期是大豆最重要的生态性状，生育期性状对大豆的产量有着重要的影响，除了一些迟熟大豆，全生育期、开花期、成熟期与大豆产量均呈正相关[4,5]。开花期和成熟期与大豆受光密切相关，是大豆典型的数量性状，也是重要的生态性状，对大豆的单产和品质有着重要影响。育种的研究实践也说明，正确调控大豆生育期结构，能够增加大豆产量。育种实践以及理论研究表明，具有较长生育期的大豆品种，累计受光量较多，营养物质积累丰富，产量较高[6,7] 。传统的数量遗传学方法无法检测基因(Quantitative Trait Loci, QTL)在染色体上的位置、QTL数目、单个QTL的表型贡献率和QTL间互作效应等[8,9]。单核苷酸多态性既可以在非重复编码或调控序列发现，又可以在重复非编码序列发现。但是SNP标记可能与目的基因距离较远，所以人们需要开发更多的SNP[10]。大豆品种的开花期和成熟期性状为数量遗传性状，由多基因控制，其效应多受环境影响，但在另一些组合中开花期和成熟期性状又表现为明显的主效基因遗传[11]。主效基因间又存在互作效应，不同的基因组成下所表现的效应值不同[12,13]。目前已发现10个与开花期和成熟期有关的基因位点，分别为E1～E9和J。E1～E9多表现为显性位点延长开花期和成熟期。而其中E1只能延长开花期并促进成熟期，效应最强；E6则表现为隐性位点缩短开花期和成熟期，显性则延长；E3e3、E4e4同时与光周期反应敏感性有关，其反应较其他位点迟钝，E3效应大于E4，并有上位作用。J则与长童期特性有关。 迄今至少有100个与开花期相关的QTL被报道（http://www.soybase.org/）[14,15]。3.应用前景:江淮地区大豆种质资源的开花期，成熟期性状遗传变异非常丰富，种质资源的遗传多样性、优异基因资源的发掘等亟待研究[16]。 基于图位克隆的策略实现了对J位点功能基因的分离 ；研究发现J基因（Glyma04g05280）是拟南芥 EARLY FLOWERING 3（ELF3）的同源基因。这些基因的鉴定对理解大豆开花期的分子机制和培育广适应高产大豆具有重要意义[17]。通常所说的SNP只包括转换和颠换，而颠换发生的概率也明显低于转换。一般转换所引起的变异约占SNP变异的三分之二。很大部分SNP标记只有2个等位变异[18]。

综上可见，许多研究者都找到了与大豆开花期，成熟期性状显著关联的标记位点，对相关育种实践有一定的指导意义，但很少有研究进行优异等位变异(位点)克隆、测序及候选基因发掘。因此，利用目的基因分子标记、SNP标记进行关联分析，进一步发掘目的基因的研究具有广阔的前景[19,20]。

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2. 研究的基本内容和问题

4.研究目标

分析与开花期、成熟期性状显著关联的QTL(SNP标记)优异等位变异效应，筛选优异等位变异，并解析优异种质中这些等位变异的分布特点，为进一步亲本选配与选择提供指导。利用高密度SNP分子标记研究江淮大豆育种种质群体SNP多样性、群体结构及标记间的连锁不平衡特点，为关联分析提供依据。

5.研究内容

1.不同环境下表型数据的获取

2.建立表型与基因型数据的全基因组关联分析

3.对供试大豆种质的开花期及成熟期性状进行遗传解析

6.拟解决的关键问题

本研究所调查的大豆生育期性状（开花和成熟），为典型的数量性状位点，其表现受基因和环境的双重影响，所以往往进行多点实验来排除假阳性结果；江淮地区大豆品种生育期的遗传构成研究较少，需要进一步解析。

3. 研究的方法与方案

7.研究方法：本研究选用2018年，分别种植于江苏盐城和南京江浦，两个不同环境的江淮大豆育种种质群体（YHSBLP）材料309份，用作生育期性状（花期、成熟期）的QTL定位。采用Illumina公司的HiSeq2000测序仪对江淮品种进行测序，测序深度为x3.86倍，基因组覆盖度为4.57%，所有序列的读取参考Williams82基因组，获得87307个SNP标记，经过最小等位基因型频率筛选后（MAF0.05），最终获得61174个高质量SNP标记。采用遗传多样性分析，群体结构分析以及PCA主成分分析对供试种质的遗传构成进行解析，利用MLM Q K模型筛选与目标性状显著关联且重复出现的SNP标记位点，为后续QTL定位及候选基因选择奠定基础。

8.技术路线

9.实验方案

1.309江淮大豆育种种质群体（YHSBLP）材料分别于2018年6月、7月在江苏新乡和南京江浦进行种植，后续分别对开花期和成熟期时间进行统计；

2.数据分析与相关文献阅读；

3.基因型数据分析软件的学习与使用；

4.关联分析结果的分析。

10. 可行性分析

试验依托南京农业大学，经费充足，已经在大豆生育期性状遗传研究方面进行了多年的研究；依托国家重点实验室与耕作学和国家大豆改良中心重点开放实验室，拥有成熟的关联分析经验以及足够的种植面积，完全可以满足本研究项目的需要；

指导老师及其实验室近年来在各项基金的支撑下，目前已基本弄清了大豆生育期性状调查方法及关联分析技术，发表了多篇相关学术论文；因此，可以很好地开展试验。

4. 研究创新点

目前，有关大豆始花期研究有很多，但是大多都是利用双亲作图群体；本试验利用2个相关的RIL进行研究，相较传统的作图群体，具分辨率高、统计功效高等优点，能够提高对性状QTL的检测功效。

5. 研究计划与进展

12. 研究计划

大量阅读与课题相关文献，掌握该项目最新研究进展；

进行田间管理及田间调查生育期性状，并记录相关数据；

学习处理数据方法，并处理试验数据；

结合文献开始完成论文写作；

13.预期进展

（1）2018.06-2018.07 田间材料的种植

（2）2018.07-2018.11 进行生育期性状的统计和记录

（3）2018.11-2019-01 写专业文献综述，预先阅读相关文献

（4）2019.01-2019.04 完成开题报告，做好前期准备工作

（5）2019.04-2019.05 完成论文草稿，为论文定稿做准备

（6）2019.05-2019.06 修改论文草稿，定稿，答辩

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