大豆对斜纹夜蛾的抗性评价、相关性状QTL的关联分析及GmAOSl基因的单倍型鉴定

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tc2020
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大豆(Glycine max (L.) Merr.)是亚洲国家重要的植物营养来源,为人类和其它动物提供蛋白质和脂肪。但其生长过程中受到多种害虫的危害,在南京地区以食叶性害虫为主,其中斜纹夜蛾(Spodoptera litura Fabricius)是最重要的虫种之一。斜纹夜蛾属鳞翅目夜蛾科,其幼虫食性杂、食量大,其危害严重的年份大豆豆荚所剩无几,严重影响大豆的产量和品质。虽然农药的应用能够部分解决这一问题,但农药污染环境并增加农民的费用。培育高水平的抗虫品种能够减少化学杀虫剂的使用,是一种经济环保的控制害虫的措施。因此在筛选抗性资源的基础上,发掘鉴定抗虫基因的研究将为大豆抗虫育种提供理论和材料基础,具有十分重要的意义。本研究首先通过室内养虫鉴定,农艺性状考查和收获后单株考种,对196份栽培大豆进行了抗斜纹夜蛾的鉴定和评价,筛选优异的抗性资源。通过室内养虫鉴定,在抗生性和抗选性上对斜纹夜蛾表现为高抗或抗的材料分别有77份和107份。通过农艺性状考查和室内拷种的研究发现,发现196份品种在株高、主茎分枝数、单株粒数和单株粒重性状上表现出不同程度的耐害和补偿能力。抗生性、抗选性和耐害性3种抗性机制的相关分析发现,大豆对斜纹夜蛾的抗生性与抗选性的表现相对一致,而抗生性或抗选性与耐害性的表现无显著相关。在此基础上,筛选出25份对斜纹夜蛾在3种抗性机制上均表现优异的大豆材料,为大豆抗虫遗传和育种提供新的抗源。在抗性鉴定的基础上,应用关联分析的方法,利用135个SSR标记鉴定与大豆抗斜纹夜蛾有关的数量性状位点(QTL),进而发掘各关联位点的优异等位基因及代表性载体材料。结果表明:(1)遗传变异分析和基于数学模型的亚群划分表明,该群体不仅地理起源广,而且遗传变异丰富。(2)连锁不平衡(linkage disequilibrium, LD)分析发现,有17.9%的标记对处于显著的连锁不平衡,在相同染色体上标记对间LD的延伸的平均距离大约在6.61cM(D’>0,P<0.05)。(3)关联分析结果显示,有21个位点(次)SSR标记与大豆对斜纹夜蛾的抗性性状显著关联(P<0.01),其中8个位点(次)对性状的变异解释率超过了20%。(4)对各位点等位基因的效应分析发现,与以幼虫重为指标的大豆对斜纹夜蛾的抗性相关位点的等位基因对以幼虫重为指标的抗性主要表现为增效作用(降低斜纹夜蛾幼虫的重量),等位基因Sat334-A208增效作用最大,增效率达43.9%。与以单虫食叶量为指标的大豆对斜纹夜蛾的抗性相关位点的等位基因对以单虫食叶量为指标的抗性主要表现为减效作用(增加斜纹夜蛾对叶片的取食量),等位基因Satt199-A186减效作用最大,减效率达36.4%。与以蛹重为指标的大豆对斜纹夜蛾的抗性相关位点的等位基因对以蛹重为指标的抗性也主要表现为减效作用(增加斜纹夜蛾的蛹重),等位基因Sat 320-A286的减效作用最大,减效率达31.4%。与以株高补偿系数(Ⅰ1)为指标的大豆对斜纹夜蛾的抗性相关位点的等位基因对Ⅰ1主要表现为减效作用(减低大豆植株在株高上的补偿能力),减效作用最大的是等位基因Satt623-A231 (5.2%).与以主茎分枝数补偿系数(Ⅰ2)为指标的大豆对斜纹夜蛾的抗性相关位点的等位基因对Ⅰ2主要表现为增效作用(增加大豆植株的主茎分枝数),增效作用最大的是等位基因Sat-258-A187(125.9%)。在以籽粒性状补偿系数Ⅰ3、Ⅰ4为指标的大豆对斜纹夜蛾的抗性相关位点的等位基因中,增效作用最大的是Sat 244-A289,对Ⅰ3和Ⅰ4的增效率分别为208.8%和234.3%。在SSR标记分析的基础上,利用1536个来自基因的SNP标记,应用全基因组关联分析方法,鉴定大豆对斜纹夜蛾的抗性基因。共检测到7个SNP标记与与以幼虫重为指标的大豆抗虫性显著关联,11个SNP标记与以单虫食叶量为指标的大豆抗虫性显著关联,3个SNP标记与以蛹重为指标的大豆抗虫性显著关联,16个SNP标记与大豆的耐害性显著关联。基因注释结果显示,大部分基因是未知功能的基因。其中位于M连锁群的两个SNP位点,来自同一个Unigene,与以幼虫重和单虫食叶量为指标的大豆对斜纹夜蛾的抗性关联,位于抗虫位点CCW-2附近,该Unigene在NCBI上基因注释为钙信号的一个相关蛋白。为了了解丙二烯氧化物合酶基因(GmAOS1)的多样性与大豆对斜纹夜蛾抗性的关系,本研究通过PCR扩增的方法重新测序了包括启动子区域在内的GmAOS1基因,该基因在大豆基因组数据库上共有3个同源序列,3个基因编码区核苷酸的序列相似性高达76%以上。序列多态性分析发现,成功测序的大豆材料间存在43个序列多态性,其中40个序列多态性位于启动子区域,进一步对该基因的启动子区域的连锁不平衡分析发现,54.9%的SNP或者Indel间存在显著的连锁不平衡(r2>0,P<0.01)。启动子的单倍型分析共得到27个单倍型,其中主要单倍型有11个。以单倍型为单位的关联分析发现,GmAOS1基因与大豆对斜纹夜蛾的抗性关联,显著影响斜纹夜蛾的幼虫重(2009)、补偿指标Ⅰ2、Ⅰ3和Ⅰ4。
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