大豆产量相关性状QTL定位

韩英鹏，栗春霞，赵 雪，于宽伟，罗政辉

（东北农业大学大豆研究所，大豆生物学教育部重点实验室，哈尔滨 150030）

大豆是我国主要经济作物，具有重要经济地位[1]。培育高产、优质大豆品种是育种界首要目标。大豆粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚作为大豆重要产量构成因子，是由多基因控制的数量性状，易受环境影响[2]。研究表明，大豆产量与产量构成因子关系密切，产量与单株粒数、单株粒重、百粒重呈极显著正相关[3]。随分子标记技术、统计方法、遗传图谱构建不断发展[4-5]，通过QTL定位更易筛选得到与目标性状相关的分子标记，为发掘大豆目标性状相关基因，培育大豆高产品种和研究高产育种理论提供依据。苏辉以吉育47和辽豆16构建F6代重组自交系群体为材料，应用复合区间作图法定位到一个位于D2连锁群的大豆单株粒数位点[6]。李灿东等以Charleston和东农594为亲本构建重组自交系对连续4年及三粒荚平均值性状作共同定位，共检测到17个QTL位点，分布于2、17、18及19号染色体，三粒荚数加性效应为-7.02～5.36，表型贡献率为3.28%～12.75%[7]。徐琰等以大豆品种吉育73和铁荚四粒黄为亲本，定位到5个控制单株荚数QTL，分别位于2、4、5、7和10号染色体，遗传贡献率为8.8%～15.9%[8]。梁慧珍等以大豆晋豆23和半野生大豆灰布支黑豆为亲本构建重组自交系定位，共检测到7个荚数QTL，分布在1、7、8、12和14号染色体，表型贡献率为1.80%～34.70%，单株粒重定位到10个QTL，分布在1、4、7、8、10、11、17号染色体，表型贡献率为7.63%～26.70%[9]。

据报道，大豆Ln/ln等位基因（Glyma20g25000.1）是控制窄叶/圆叶关键基因，同时还一因多效调控大豆四粒荚数量[10]。GmCYP78A10a等位基因主要分布于野生大豆中，但在大豆育种早期已被淘汰，GmCYP78A10b等位基因成为栽培大豆优势基因，通过克隆GmCYP78A10基因并验证，结果表明携带GmCYP78A10b等位基因大豆荚数量明显比携带GmCYP78A10a等位基因多[11]。研究表明PP2C-1（Glyma17g33690）等位基因，可提高大豆种子重量，PP2C被认为通过油菜素-甾体信号通路调节种子形态[12]。Zhao等研究表明，过度表达GmCYP78A72（Glyma.19G240800）基因明显提高种子产量[13]。

本文以合丰25为母本，L-28为父本构建F2∶15代100个重组自交系作一年三点田间试验，寻找控制大豆粒数、粒重、荚粒、三粒荚、四粒荚QTL，为大豆粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚精细定位、分子标记辅助育种及目标基因挖掘提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为合丰25（♀）与L-28（♂）衍生的F2∶15代100个重组自交系，合丰25丰产、早熟、抗倒伏、适应性广，1988年先后在黑龙江省、吉林省和内蒙古自治区审定推广[14]。

1.2 试验方法

2019年分别将上述重组自交系群体种植于向阳（XY）、呼兰（HL）、阿城（AC），试验地行长3 m，行距0.6 m，株距0.05 m，随机区组设计，3次重复，常规田间管理。在植株未成熟前选取5株长势一致植株挂牌，待材料成熟后单株收获，考种调查，取其平均值用于分析处理。粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚调查参考文献[15]中调查标准。

1.3 数据统计分析与处理

利用Excel 2010、SPSS 25、R软件统计分析向阳（XY）、呼兰（HL）、阿城（AC）表型数据。

1.4 QTL分析

利用ICIMapping 4.0软件ICIM（完备区间作图法）分析粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚加性效应和加性x加性上位性效应，完备区间加性效应QTL定位LOD（似然比对数）阈值为2.5，粒数、粒重、荚数、三粒荚完备区间上位性效应QTL定位LOD（似然比对数）阈值为5.0，四粒荚LOD（似然比对数）阈值为9.0。

QTL命名方式为QTL+性状+染色体+数字，其中QTL以小写字母q开头，性状以英文缩写表示，数字表示同一性状在该连锁群上检测到的不同QTL个数。

2 结果与分析

2.1 亲本表型统计分析

对大豆不同地点粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚亲本性状表型作T检验分析（见表1），可发现，除阿城、向阳粒重亲本、阿城四粒荚亲本及四粒荚平均值亲本T检验不显著，粒重平均值亲本及向阳四粒荚亲本T检验达显著外，其他性状不同地点平均值T检验均达极显著，表明双亲亲本差异较大，双亲在RIL群体中分离较好，为QTL定位奠定良好遗传基础。

表1 亲本表型分析Table 1 Phenotype analysis of parents

2.2 遗传连锁图构建

利用binmap作图软件，构建连锁遗传图谱，结果显示（见表2），连锁遗传图谱总长度为6 307.03 cM，总标记数为5 221个，平均图距为0.72～1.92，最小图距为5.22 cM，最大图距为40.73 cM。

表2 bin标记在连锁遗传图谱中分布Table 2 Distribution of bin markers in the linkage genetic map

2.3 群体表型统计分析

对合丰25和L-28衍生的100个重组自交系作描述性统计分析（见表3）、相关性分析、频率分布和拟合曲线分析（见图1、2、3）。结果表明，除阿城三粒荚，呼兰粒重、荚数峰度及四粒荚不同地点峰度、偏度绝对值大于1外，其他性状峰度、偏度绝对值均小于1，且由频率分布直方图可看出，除四粒荚不同地点呈偏态分布，粒数、粒重、荚数、三粒荚表型均符合正态分布。粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚不同地点总变异分别为43%～51%、37%～54%、34%～35%、44%～50%、116%～139%。阿城粒数、粒重相关性最高为0.94；粒重、四粒荚相关性最低为0.19；呼兰粒重、粒数相关性最高为0.86；粒重与四荚数相关性最低为0.098；向阳荚数、三粒荚相关性最高为0.76；粒重、四粒荚相关性最低为0.29。

2.4 粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚完备区间作图法QTL定位

利用ICIMapping 4.0软件对3个地点粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚作完备区间作图法QTL定位（见表4）。结果显示，共定位到27个大豆粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚QTL。粒数、粒重、荚数性状仅在向阳和阿城2个环境中定位到QTL，三粒荚、四粒荚在3个环境中均定位到QTL。

表3 群体基本表型分析Table 3 Basic phenotype analysis of RIL population

图1 阿城粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚相关性、频率分布、拟合性曲线Fig.1 Correlation,frequency distribution,and fit curve of seed number,seed weight,pod number,three seeded-pod,four seeded-pod in AC

粒数、粒重、荚数各定位到3个QTL，三粒荚定位到5个QTL，四粒荚定位到13个QTL，LOD值为2.5～10.81，贡献率为3.97%～19.17%，加性效应为-13.28～8.91，其中有11个QTL加性效应为正值，16个QTL加性效应为负值，正值表明增加此性状增效基因来源于母本合丰25，负值表明增加此性状增效基因来源于父本L-28。此外还检测到两个一因多效位点，即一个QTL位点对多个性状产生调控，位点为Block1133～Block1224、Block3945～Block3944，这两位点同时参与调控粒数和粒重性状。

2.5 粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚完备区间上位性QTL定位

利用ICIMapping 4.0软件对粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚加性×加性上位性QTL定位（见表5）。结果显示，定位到36对与大豆粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚加性×加性上位性互作QTLs，其中粒数3对、粒重3对、荚数6对、三粒荚8对和四粒荚16对，LOD为5.01～11.33，表型贡献率为0.71%～33.10%，超过20%表型贡献率有3对，分别为向阳定位到粒数位点，呼兰和向阳定位到三粒荚位点。定位到36对互作QTL位点，其中有30对QTL效应值为负值，表明重组性上位性效应大于亲本性上位性效应，其他6对QTL效应值为正值，表明亲本性上位性效应大于重组性上位性效应。

图2 呼兰粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚相关性、频率分布、拟合性曲线Fig.2 Correlation,frequency distribution,and fit curve of seed number,seed weight,pod number,three seeded-pod,four seeded-pod in HL

图3 向阳粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚相关性、频率分布、拟合性曲线Fig.3 Correlation,frequency distribution,and fit curve of seed number,seed weight,pod number,three seeded-pod,four seeded-pod in XY

位定L QT荚粒四、荚粒三、数荚、重粒、数粒法图作间区备完4表应effect效Additive性.19.87.39.57.40.65.72.69.39.01.45.24.71.14 8.91 3.83 4.41 4.29 2.01 3.65 6.37 1.22 2.61 1.37 4.96加-13.28-12.31-2-2-3-2-3-0-0-0-1-5-4-4-1-2 g in pp ma ）（%al E 率献PV 7.17 16.00 10.84 terv 14.25 7.90 13.18 14.02 8.43 10.65 10.56 17.32 17.49 12.00 5.38 4.11 5.11 13.19 10.99 4.54 19.17 12.18 11.74 14.76 5.88 3.97 18.51 10.43 osite in 贡D 2.78 LO 3.87 2.53.81 mp 3.81 2.54 3.12 4.00 2.53 2.80 3.24 5.05 4.12 2.93 3.04 2.85 3.50 7.23 4.01 3.09 3.13 2.92 2.74 3.67 2.50 2.87 6.01 10 clusive co 9 655 64 5162425 6964299 51959 63166 255 51624419 89 1 10 815 30600619-30696590 38776254-38872 terval 68 229751525081953 40307849-40443 9125 3232 37353185-37544区间in 37076984-37313 53427 39655 44295 24236 e in -1-148 9-59618336理55 3-43202259-43337 2-th 47362039-47530 9-55 Physical 6-物37761928-43348 138934033921 by 1315 181845 38672770-39020 23185364 59774869-94042 60 30600619-30696 od 8134 43262583-43443 19251469-39408 11751445-25425 35754894-35931 26458089-30044 14407098-35635 35489054-35646 44657871-44866 35754894-35931-p ed seed 间interval-72.57.5 317.5-70.5.5 315.5 6.5 108.5 ur -70.5信ence 区-20.5 136.5-14.5-32.5-51.5 0.5346.5 122.5 293.5 466.5 122.5 155.5 168.5-88.5 155.5 158.5 239.5 16155.5 d fo 置.5 Confid .5.5.5.5.5.5-5.50-.5-9.5 60696918102847788.5-5493 an 297.5-297.5-104.5-133.5-344.5-120.5-291.5-457.5-119.5-151.5-164.5-148.5-155.5-237.5-151.5-od-p（cM）ed 6430670304 1067019136123156490345 121 292 46294121 154 16782151 157 23812154置Position seed er,three 位er 4标t mark 454857894047865095846029记342294222194108030092800549000133487821122388711312111 mb Block1 Block1 Block3 Block1右Block2 Righ Block3 nu Block4 Block6 Block1 Block3 Block4 Block1 Block4 Block2 Block1 Block1 Block1 Block1 Block3 Block5 Block4 Block4 Block4 Block5 Block2 Block3 Block5 od er,seed weight,p er标mark 记343 133 944 133 217 944 106 807 308 093 279 543 006 137 273 796 819 118 192 387 786 115 309 210 118左Left Block1 Block1 Block3 Block1 Block2 Block3 Block1 Block3 Block4 Block1 Block4 Block399 Block2 Block655 Block1 Block1 Block1 Block1 Block3 Block5 Block4 Block4 Block4 Block5 Block2 Block3 Block5 mb group)nu ）群inkage锁seed 连(L)))2))2))))))(I)2)))(I)))(I)g of （体6(C2 6(C2 16(J)6(C2 9(K)16(J)5(A)16(J)17(D 5(A1 17(D 2(D1b)10(O 3(N)5(A1 6(C2 6(C2 8(A2 16(J)2017(D 18(G 19(L 2010(O 13(F 20色in 染Chromosome L mapp 11111112113 QT 1111 L 6-QT -1-1-16-7-W6W9N5 Table 4N1N1TSP5-1 TSP17-TSP2-1 TSP10-TSP3-1 FSP5-1 FSP6-1 FSP6-2 FSP8-1 FSP16-FSP20-FSP17-FSP18-FSP19-FSP20-FSP10-FSP13-FSP20-qSN6-1 qSN6-2 qSN1 qS qS qSW16-qP qP qP qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN qN点SiteXYXYACXYXYACXYXYACXYXYACACHLXYXYXYXYXYXYACACACACHLHLHL地状Trait性荚SP 荚SP粒数SN 粒重SW 荚数PN 粒 粒三NT四NF

位定L QT荚粒四、荚粒三、数荚、重粒、数粒法图作性位上性位间区备完5表3349作互add-16.96-17.27-10.8233 4.89 4.7 3.79应42性Add by 1-9.6-11.646585 g .8效.9.0.8.5.5.8.3.6 in -3-3-3-6-7-3-3-33.97-5 mapp 加al terv 2应性Add 2-2.52 osite in 效-1.79-3.55-1.55-0.04-2.53-4.41 7.25 6.04 8.27-2.63 0.97 1.83 0.09-0.07-0.79 0.53 2.76加mp e co clusiv 1应性Add 1 1.76 2.62 1.72效2.83 0.61 1.91 e in 9.07-3.52-5.4-9.07-1.02-0.9-0.17-0.83 0.49-1.54 2.63-2.09加th by ）od （%E 16.21-p .1 18.51献PV 率.3 33 ed 19 18.02 19.47 1110.93 7.03 11.74 14.13 15.05 13.88 13.53 13.85 13.71 14.88 28.35 seed 贡ur d fo D LO 5.17 5.11 5.05 5.71 an 5.51 5.07 5.49 5.35 5.24 5.78 5.01 5.01 5.78 5.36 6.23 5.17 5.41 5.94 od-p 2标Right2记ed marker Block 1048 Block 3941 Block 3728 seed 90 35右Block 1118 Block 1043 Block 2295 Block6 Block 2168 Block 3210 Block 3445 Block 2020 Block 4026 Block 1984 Block 2188 Block 2020 Block 5097 Block5 Block er,three 22记标Lefter Block mark 1049 Block 3942 Block 3729 Block 1121 Block 1046 Block 2296 mb 909 356左Block Block 2185 Block 3212 Block 3448 Block 2021 Block 4027 Block 1985 Block 2191 Block 2021 Block 5098 Block Block 3350 nu od 2 ht,p romosome 2 51615551049131591789920214体er,seed weig 色染Ch 1标Right1 mb 记Block3 marker 51Block 3210 Block4 38Block4 nu 36Block8 48Block 2267 Block5 65Block2 90Block6 90Block 3455 Block6 991498 77 Block9 53 Block 19 1376右Block3 Block Block 1237 Block8 Block 2108 seed g of 11标Lefter 记in Block 515 Block Block 385 Block L mapp Block mark Block 3212 365 439 690 903 909 997 784 534 199左2256 Block Block Block Block 3456 Block Block 1500 Block Block 1377 Block Block 1285 Block Block 2227 istasis QT 1 Chromosome 1体31322393441557463619色染Ep Table 5状Trait 数SN 粒荚SP性粒数PN 重SW 荚 粒三NT点Site ACACXYACACXYHLHLHLHLXYXYACACACACHLHL地

ef-作互add性Add by 应6012518309967214效2.67 2.75.8-4.5.9.3-3.6-6-5.6.2-3.1-3-4.7.8-6.3-2-2.8.0-3.7-2-3.5.8-2-3-2加Estimated additive d-2 Ad应性Add 2效0.9 0.28 d by 3.47-3.44 3.13-2.01 2.74-3.33-1.78 2.22-5.01-4.01-2.92-4.00-2.66 2.32 2.65 2.70加L；Ad QT 1。性Add 1应0.18-0.28应效-2.85 2.70-3.03 1.73-3.20 2.84 2.26-2.47 1.97 2.81 2.50 2.81 2.48-2.41-2.55-2.91效the second作of加互性加effect）点（%位ditive E 率献PV .8 22.32 19 Lad 0.82 0.73 0.91 0.83 0.74 0.73 0.83 0.89 0.96 1.21 0.71 1.20 0.74 0.75 0.78 0.72 QT个ated贡两d-stim 444301Ad-E LO D 5.9 5.21.2 11.6.5 1010.3 9.55 9.50.9 9.28 9.23.6 9.18 9.15 by 1110109.46 9.21 9.18 9.16 dd Add2 L；2；A记值标Right2 Block marker 2490 Block 应e first QT 2895 77右Block 3837 Block 3158 Block9 Block 2842 Block 1793 Block 2686 Block 2230 Block 2703 Block 4786 Block 5118 Block 4846 Block 5118 Block 1224 Block 3210 Block 3512 Block 2713效th加性of表L续2 effect标Lefter 2 QT记mark Block 2491 Block 2899个784二ditive左Block 3846 Block 3159 Block Block 2849 Block 1799 Block 2656 Block 2000 Block 2667 Block 4874 Block 5119 Block 4849 Block 5119 Block 1133 Block 3212 Block 3508 Block 2712第ad ated dd2-2 2 stim；A romosome体值-E色10121613412811911192019206131511应d1染效Ad Ch 性加QT L L effects；1标Right1个记marker Block2 79Block 2698一7816第右Block 2896 Block 1793 Block5 Block 2667 Block 1224 Block 1793 Block 2000 Block 2667 Block 3837 Block 3210 Block 4813 Block 2256 Block1 Block 1465 Block 1800 Block 1224 1-ddep istasis QT 1；A标Lefter 1记793率mark Block 786 Block 2685 162献左Block 2897 Block 1799 Block Block 2666 Block 1133 Block 1799 Block 2001 Block 2666 Block 3846 Block 3212 Block 4822 Block 2089 Block Block 1466 Block 1745 Block 1133贡型e explained by表1作1互Phenotyp 4111284116891116131991786体TL Chromosome色-QE-L.染VEPV e；；P o QT tw valu值at状Trait 荚SP 荚SP ODOD性 三NT 粒effect四NF 粒-L-L ODOD：L点SiteXYXYACACACACACACACACACHLHLHLHLHLHLHL 注Note:L additive地by fect

3 讨论与结论

大豆数量性状QTL定位研究较多，RIL作为永久性分离群体常作为QTL定位群体[16]。本研究利用合丰25与L-28衍生F2∶15代RIL遗传群体作QTL定位，增加QTL定位可信度。此外本文通过高通量测序技术开发bin标记，开发出6 307.03 cM遗传图谱，包含5 221个标记，平均图距为1.21 cM，此图谱遗传标记多，标记间平均距离小，有利于更精确QTL定位，为今后分子辅助育种，目标基因开发奠定良好基础。Fulton等认为，在多种环境中检测到一致QTL可能比仅在一种环境下检测到表型贡献高的QTL可信度高，这样在不同环境条件下定位到的QTL可能更具稳定性[17]。本文利用2019年向阳、呼兰、阿城3个地点粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚基因型数据和表型数据作QTL定位，有利于获得在不同环境条件下稳定QTL。其中向阳定位到四粒荚位点与呼兰定位到四粒荚位点相同，为较可靠QTL位点，且与之前定位到的叶形基因同时一因多效控制四粒荚基因（Glyma20g25000.1）位置相差1.06 M[10]，为今后进一步挖掘四粒荚基因及功能验证奠定良好基础。为进一步验证定位QTL真实性，比较本研究中定位QTL基因组区域与研究结果发现，向阳定位到qSN6-1位点与Mansur等以Noir1为母本，Minsoy为父本构建重组自交系在Sat_238～BARC-031099-06997区间定位到粒数QTL重合[18]，向阳定位到qSW6-1位点与Yao等在Sat_246～Satt640区间定位到的粒重QTL重合[19]。向阳定位到qSW9-1位点与Dias等在BARC-8～Sat_352区间定位到粒重QTL重合[20]，该重合位点为大豆粒数、粒重、荚数、三粒荚、四粒荚精细定位及目标基因挖掘奠定基础，其他定位到的QTL位点与SoyBase数据库（https://soybase.org/）报道QTL位点不同，可能是新位点。另外本研究还发现定位在Block1133～Block1224和Block3945～Block3944区间QTL同时调控粒数和粒重性状，调控多个大豆数量性状位点分布在同一个基因组区域内，即一个基因组区域同时控制多个大豆数量性状[21]。据报道在6号染色体上Sat_142～BARC-023517-05442基因组区间内同时定位到控制节数、荚数、粒重等性状QTL[22-23]。深入研究QTL分布密集基因组区域，有利于揭示相互协调表达机制，为分子育种奠定良好基础。为进一步应用已定位到的较好QTL位点并挖掘验证大豆产量相关性状功能基因，后期将分析QTL候选区域内关联性，并利用生物信息学方法筛选与大豆产量相关候选基因，有效验证其功能，鉴定得到优异单倍型，为大豆高产分子育种提供有效依据。