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遗传发育所等鉴定大豆百粒重调控基因

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大豆是我国重要的粮食作物和经济作物,是植物蛋白和油分的重要来源。百粒重是大豆产量的重要构成因子,因此是大豆育种的重要目标性状。由于栽培大豆品种遗传基础狭窄,在育种过程中某些栽培大豆品种中优异等位的丢失,阻碍了大豆百粒重和产量的进一步增加。近年来研究人员对大豆百粒重遗传位点的研究较多,目前SoyBase数据库已经收录了定位的百粒重QTL 位点94个。尽管大豆百粒重种质资源筛选和遗传研究工作开始很早,但有关大豆百粒重基因的克隆和种子形成的分子机制研究还较少。

  中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员张劲松和陈受宜领导的研究团队与黑龙江省农科院大豆研究所研究员满为群和耕作栽培研究所研究员来永才等团队合作,通过分析衍生于野生大豆ZYD7和栽培大豆HN44的1036份重组自交系材料,鉴定了一个种子百粒重增加的株系R245。随后对198份自交系材料和2个亲本进行了全基因组重测序,获得了高质量的SNPs并作为分子标记,构建了大豆遗传图谱并利用多年多点的数据定位了调控种子百粒重的14个QTL位点和控制油分含量的3个QTL位点。在调控百粒重的位点中,13个位点的优势基因来源于栽培大豆HN44,1个位点的优势基因来源于野生大豆ZYD7(图1A)。通过对高百粒重的优异品系R245进行全基因组重测序及基因分型验证,发现它含有前述的来源于栽培型的13个百粒重调控位点及来源于野生型的1个百粒重调控位点。来源于野生大豆ZYD7的百粒重遗传位点位于285 kb区间内,共有22个蛋白编码基因,但它们在栽培和野生大豆种子发育期间无显著表达差异。而其中Glyma17g33690 (PP2C)和Glyma17g33790 (EAL) 的核苷酸变异改变了氨基酸序列(图1A)。转基因分析发现,来源于ZYD7的PP2C-1基因显著增加了转基因拟南芥种子的重量,而来源于HN44的PP2C-2和EAL-2以及来源于ZYD7的EAL-1并不能改变转基因拟南芥种子重量(图1B)。功能分析发现,PP2C-1能与油菜素内酯BR信号通路的转录因子如GmBZR1等相互作用,通过去磷酸化从而激活这些转录因子,促进下游控制种子大小的基因表达以提高粒重。而PP2C-2则没有上述功能。种质资源分析发现,近40%的栽培大豆还没有PP2C-1基因型(图1C),后续研究可以将PP2C-1基因型通过杂交导入到不含该位点的大豆品种中,从而提高产量潜力,将对于大豆育种具有重要意义。

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