合理的大豆-玉米间作模式可有效促进土壤磷周转与作物磷吸收,减少磷肥投入.为优化大豆与玉米间作系统对磷素的利用效率,本研究选用两种不同基因型大豆与玉米间作,探究其影响土壤磷组分及作物磷吸收的关键根际过程及机制.结果表明:间作显著消耗了大豆'粤春03-3'根际可溶性无机磷(CaCl2-P),而对大豆'Essex'根际磷组分无显著影响.间作显著增加了大豆'粤春03-3'的生物量和磷吸收量,比单作分别显著增加42.2％和46.9％,而对大豆'Essex'和玉米磷吸收量和生物量无显著影响.间作显著增加了'粤春03-3'总根长和根系分泌物总量,比单作分别增加了 19.7％和138.1％,且粤春'03-3'磷吸收量与总根长呈显著正相关,与可溶性无机磷含量呈显著负相关.综上,大豆-玉米间作对土壤磷组分与作物磷吸收的影响存在基因型差异,间作通过增加磷高效大豆根长与根系分泌物等促进磷吸收及根际土壤磷周转,从而提高其磷利用效率.本研究明确了大豆-玉米间作体系磷素利用的基因型差异及潜在机制,为优化大豆-玉米间作体系品种搭配、实现磷素高效利用与化肥减施增效提供了科学依据.

大豆籽粒中氨基酸含量丰富,是大豆品质的重要组成部分,具有较高的营养价值和生理功能.本研究利用高效液相色谱法测定264份大豆品种干籽粒中精氨酸、甘氨酸、谷氨酸、赖氨酸等4种游离氨基酸含量.结果表明,游离氨基酸中精氨酸含量最高、谷氨酸含量次之、甘氨酸含量最低,筛选出四种游离氨基酸均高含量的3个大豆优质品种,分别为海门羊104、辽鲜豆12号、灌云大四粒.结合大豆自然群体四种游离氨基酸含量和基因型进行全基因组关联分析,大豆四种氨基酸2年均可定位到的显著SNP位点共27个,其中精氨酸有2个SNP位点,包括S17_19067780和S17_19067789,甘氨酸有19个SNP位点,包括 S01_53974257、S08_38878988 等,谷氨酸有 1 个 SNP 位点,S18_53291599,赖氨酸有 5 个 SNP 位点,包括 S08_18555689、S08_18567542等;并推测大豆氨基酸高含量相关候选基因,精氨酸为Glyma.17G177400和Glyma.17G177600,甘氨酸为Glyma.11G157000 和 Glyma.11G161700,谷氨酸为 Glyma.18G244200 和 Glyma.18G244700,赖氨酸为 Glyma.08G227600 和Glyma.08G228100.本研究结果为大豆品种改良、辅助大豆分子育种提供理论基础.

我国盐碱地分布广、面积大,是重要的后备耕地资源、粮食增产的"潜在粮仓".挖掘负调控大豆耐混合盐碱性的基因,通过基因敲除创制耐混合盐碱大豆新品种,是合理开发利用盐碱地,提高我国大豆产量的有效途径之一.课题组前期筛选到1个混合盐碱胁迫下调表达的基因Glyma.02g271000(GmDUF247-1).其编码的GmDUF247-1蛋白包含1个DUF247结构域和1个跨膜结构域,利用烟草叶片瞬时表达发现GmDUF247-1-GFP融合蛋白定位在细胞膜上.荧光定量PCR显示,GmDUF247-1基因在大豆根中表达量最高,在混合盐碱处理下显著下调.为研究GmDUF247-1在大豆混合盐碱胁迫下的功能,利用大豆毛状根系统过表达GmDUF247-1基因,发现混合盐碱胁迫处理后,GmDUF247-1过表达大豆毛状根复合植株叶片萎蔫程度明显高于空载体对照,存活率、根长和株高显著低于对照.对GmDUF247-1基因在大豆自然群体中的单倍型分析发现,其启动子区有8个SNPs和4个InDels,可能导致与逆境应答和生长发育相关的转录因子识别元件序列发生改变;CDS区存在3种单倍型,GmDUF247-1H1基因型受到了明显的人工选择.本研究初步明确了 GmDUF247-1基因负调控大豆混合耐盐碱性,为系统研究GmDUF247-1基因功能和育种利用奠定了研究基础.

建立高效的大豆(Glycine max)转基因毛状根嵌合植株体系对于推动大豆功能基因组学研究具有重要意义.该研究利用3种大豆基因型材料比较了不同共培养条件下毛状根诱导率及成活率.结果显示,用发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)侵染外植体并在黑暗条件下共培养1天是诱导毛状根形成的有效策略.研究发现清除下胚轴处不定根可显著增加毛状根的数目并促进根系生长,进而提高转基因毛状根的阳性率.毛状根诱导14天接种根瘤菌,可增强生长初期转基因毛状根与根瘤菌的接触,从而提高大豆的结瘤效率.该研究成功建立了一种高效培育大豆转基因毛状根嵌合植株的方法,可广泛应用于大豆基因功能研究.

大豆是全球重要的豆科作物,是人们食用和饲用主要的蛋白质和油脂来源.大豆蛋白质和脂肪含量受多基因控制且易被环境等因素影响,发掘高蛋白和脂肪基因位点对于定向培育大豆新品种具有重要意义.本研究选用由高产优质品种黑农84与蛋白含量较高品系京河4号杂交构建的880个家系组成的遗传分离群体,利用中豆芯一号SNP标记和SSR分子标记技术鉴定F2群体的基因型,结合蛋白质、脂肪含量表型,通过QTL IciMapping4.2的完备区间作图法(ICIM-ADD)定位获得2个蛋白QTL和2个脂肪QTL.qPro_11_1和qOil_11_1,位于分子标记SSR_11_1087与SSR_11_1090之间,区间大小为126.27 kb,遗传贡献率分别为4.05％和3.23％,共有注释基因5个.qPro_14_1和qOil14_1,位于SSR_14_0421与SSR_14_0429之间,区间大小为246.09kb,遗传贡献率分别为4.67％和7.13％,共有注释基因15个.本研究定位的稳定的蛋白质含量位点和脂肪含量新位点,为大豆高蛋白和高油分子标记辅助选择育种和基因图位克隆奠定了基础.

在大豆杂种优势利用中,主要基于三系法进行杂交大豆品种选育.恢复系作为杂交种的父本,其所含的育性恢复(Rf,restorer-of-fertility)基因起决定作用.前期对大豆RN型细胞质雄性不育恢复系的育性恢复基因GmRf1进行了精细定位.本研究在此基础上,对GmRf1定位区间内的候选基因进行功能注释、亚细胞定位预测、序列比对和差异表达分析,明确了Glyma.16G161900基因在恢复系JLR230中所编码的1个576个氨基酸的PPR(Pentatricopeptide repeats)蛋白为GmRf1.进一步对含有GmRf1的对照材料Williams82与母本不育系JLCMS204A进行测交及F1植株花粉育性鉴定,验证了 GmRf1可以恢复CMS-RN型不育系育性.最后利用GmRf1在亲本间存在的单核苷酸突变位点,开发了功能性分子标记Rf1-dCAPS-2和Rf1-dCAPS-3.上述研究将为今后通过分子标记筛选或辅助选育含GmRf1基因型材料,以及通过基因工程手段创制新型恢复系奠定了理论和技术基础.

磷利用效率与大豆产量密切相关,根尖酸性磷酸酶活性是筛选大豆品种磷效率的重要指标.挖掘酸性磷酸酶活性候选基因并开发其功能标记对获得磷高效功能基因、解析磷利用分子机制和培育磷高效大豆新品种意义重大.本研究利用酸性磷酸酶活性重组自交系群体F12构建了2个极端性状混池DNA文库,通过SLAF-BSA技术,获得了268个与大豆酸性磷酸酶活性关联的SNP,包括12个非同义突变,其中亲本间7个,后代混池间5个;在2个关联候选区域,获得79个酸性磷酸酶活性相关基因,其中第3号染色体的20138271～20268154间4个,17号染色体的14368648～15526449间75个;对该区域内基因进行了功能注释.开发了非同义突变基因Glyma.17G166200.1功能标记GMsnp-B,用该标记检测169份大豆栽培品种基因型,与表型符合率达到82.8％.

大豆籽粒蛋白质含量由多基因控制且易受环境条件的影响,发掘高蛋白基因是促进大豆优质分子育种的重要手段.本研究选用综合性状优良、蛋白质含量较低的黑河50为轮回亲本,以引进的高蛋白种质中引1106为供体亲本,构建了由384个家系组成的回交高代群体.利用近红外光谱仪测定回交群体的蛋白质含量,使用SSR分子标记技术鉴定回交群体BC1F6基因型,通过QTL ICIMapping4.1的区间作图法(IM-ADD)和完备区间作图法(ICIM-ADD)定位蛋白含量QTL,共获得9个蛋白含量QTL,其中IM定位到7个蛋白含量QTL,而ICIM定位到3个蛋白含量QTL,两种方法同时在8号染色体上定位到一个QTL(qPro-8-1),该QTL两侧的分子标记是SSR_50和SSR_51,可解释表型变异分别是2.26％和7.85％,定位区间物理距离大小为218.71kb,该QTL尚未见报道,是一个与蛋白质含量相关的新QrL位点,为高蛋白大豆品种选育提供了材料和理论依据.

以来自山东省3个居群的137份野生大豆种质资源为试验材料,利用等位基因特异性DNA标记进行生育期E1～E4基因型鉴定及遗传多样性分析.结果 表明:在山东省野生大豆生育期基因E1～E4中,E1、E4位点上只检测出1个等位变异,皆为显性基因型E1、E4;E2、E3位点上变异较为丰富,分别以E2-in、E3-Ha为主;共发现5种基因型组合,其中E1E2-dlE3-HaE4基因型为优势组合.3个居群遗传变异不尽相同,临沂居群E2、E3位点以E2-in、E3-Mi为主,共有4种基因型组合,基因型组合以E1E2-inE3-MiE4为主.蓬莱和荣成居群,E2、E3位点以E2-dl、E3-Ha为主,共有3种基因型组合,以E1E2-dlE3-HaE4为主.在遗传多样性方面,山东荣成和蓬莱的亲缘关系较近,与临沂亲缘关系较远.遗传多样性最高的为临沂居群,其次是蓬莱居群,荣成居群.本研究结果可为山东省野生大豆种质资源利用提供理论依据,具有重要的应用价值.

以126个大豆品系的Illumina Hiseq2000测序后的SNPs数据和对大豆主茎接种菌核病菌丝后病斑长度的表型值为例,利用2种方法(全部样本和极端类型)进行基于单个SNP-Trait和Haplotype-Trait的关联分析.结果表明:在α≤0.05时,MAF取值0.01、0.05和0.1的基因型-表型关联结果完全一致,MAF取值0.25的关联结果与前3个MAF取值关联结果有所区别,但在同一染色体上的关联位点相同,且每条染色体上的峰值SNP都出现在相应的Haplotype中;基于全部样品和极端表型的关联在PLINK v1.07和HAPLOVIEW4.2里分析结果差异较小;单个SNP-Trait和Haplotype-Trait的显著关联结果有差异,但较强关联差异较小.找到与大豆Sclerotinia sclerotiorum抗性有关的一些潜在的显著SNP位点和相关基因.