大豆籽粒Ve含量的全基因组关联分析

张红梅 张 威 王 琼 贾倩茹 孟 珊 熊雅文 刘晓庆 陈 新 陈华涛,,*

大豆籽粒Ve含量的全基因组关联分析

张红梅1张 威1王 琼1贾倩茹1孟 珊2熊雅文3刘晓庆1陈 新1陈华涛1,3,*

1江苏省农业科学院经济作物研究所, 江苏南京 210014;2江苏省农业科学院种质资源与生物技术研究所, 江苏南京 210014;3南京农业大学生命科学学院, 江苏南京 210095

维生素E (Ve)是大豆油中一种天然抗氧化剂, 是评价大豆油营养价值的重要指标。本研究利用含有264份的大豆自然群体在2021年和2022年测定了籽粒中α-、γ-和δ-生育酚含量, 并进行全基因组关联分析(Genome-wide association study, GWAS)。本研究共检测到199个与大豆Ve含量显著关联的SNP位点, 其中9个可在2个环境或者2个性状被重复检测到, 分别位于3号、7号、11号、12号、13号、15号、17号和18号染色体上。其中位于7号染色体上的显著关联信号是控制α-生育酚含量的主效位点, 可在2年环境中被检测到, 表型变异解释率为9.83%。对该位点候选基因进行筛选, 获得一个编码myb转录因子的基因, 可能是这个位点的效应基因。另外, 在12号染色体上得到2个编码γ-生育酚甲基转移酶的基因和, 有可能是影响Ve含量的重要基因。本研究结果有助于解析大豆籽粒Ve含量的遗传基础及其调控机制, 为大豆品质遗传改良奠定了基础。

大豆; 籽粒; Ve含量; 全基因组关联分析; 候选基因

维生素E (Ve)是人体必需的微量营养物质, 对维持人体正常生理活动具有重要作用。大豆籽粒中富含Ve, 为0.09%～0.28%。在植物体内Ve主要以4种不同分子结构和功能的生育酚(α-、β-、γ-和δ-生育酚)形式存在, 其中α-生育酚的生理活性最强, γ-生育酚的抗氧化能力最强, β-生育酚含量非常少, 一般忽略不计; β-、γ-和δ-生育酚的活性分别是α-生育酚的50%、10%和3%[1]。Ve是大豆油中一种天然抗氧化剂, 可用来保持油脂的风味、延长油脂的储藏时间, 是评价大豆油营养价值的重要指标。在许多发达国家, Ve每日推荐摄入量已从7～10 mg增加到15 mg[2], 而且在天然生育酚中只有α-生育酚能在人体内被很好地吸收和代谢[3]。因此, 选育高Ve和α-生育酚的大豆品种是满足大豆Ve市场需求的重要途径[4-5]。

目前, 已发现多个大豆Ve生育酚含量相关的QTL。Dwiyanti等[6]利用KAS × Ichihime构建的F2群体, 检测到位于9号染色体上与α-生育酚含量相关的QTL位点区间Satt_167 (Gm09: 11,261,927～11,262,197)和Satt_243 (Gm09: 43,235,031～43,235,326)。利用此群体的剩余杂合系(F5-24), 发现位于9号染色体上与α-生育酚含量相关的QTL位点KSC138-17, 并且KSC138-17和Satt_243还与γ-生育酚和δ-生育酚含量相关[7]。Li等[8]采用144个株系的重组自交系(recombinant inbred lines, RIL), 利用107个多态性SSR标记进行QTL分析, 发现4个与生育酚含量相关的QTL, 分别位于14号、6号、2号和20号染色体上。张红梅等[9]利用包含208个家系的大豆RIL群体, 共检测到8个与维生素E相关的QTL位点, 分布在6条染色体上, 其中γ-生育酚与维生素E总含量相关位点QTL均位于20号染色体的Satt617～Satt001区间和Chr.01的Sat_346～Satt436区间。Shaw等[10]利用RIL群体在多年多点环境下, 采用复合区间作图法定位到26个QTL与大豆维生素E及其组分相关, 并且2年均检测到与α-生育酚含量相关的QTL为位于Chr.15上的Satt117标记。Park等[11]利用低α-生育酚含量的品系TK780和高含量品系B04009构建大豆RIL群体为材料, 进行大豆籽粒α-生育酚含量QTL分析, 2年重复鉴定到3个稳定的QTL, 分别位于9号、11号和12号染色体上, 其中9号染色体上的(S09_ 43927286 /S09_44366371)与Dwiyanti等[6-7]检测的α-生育酚含量相关QTL位于相邻区间, 11号和12号染色体上的QTL是新发现的QTL。Knizia等[12]以Forrest和Williams 82构建的大豆RIL群体为材料, 共得到32个与大豆籽粒生育酚含量相关QTL, 在6号染色体上鉴定到1个新的主效QTL, 对δ-、α-和总生育酚含量的表型变异解释率分别为27.8%、9.9%和6.9%。Park等[13]利用大豆RIL群体, 通过连锁分析, 在3年环境下, 分别在9号和14号染色体上检测到控制大豆籽粒生育酚含量的2个QTL簇, 其中定位于9号染色体上的QTL簇对应基因为(γ-TMT3), 调控γ-Toc向α-Toc的转化; 定位于Chr.14的QTL簇对应与甲基转移酶活性相关的基因, 该基因可能调控δ-生育酚前体MPBQ向γ-生育酚前体DMPBQ的转化。

全基因组关联分析(GWAS)是在自然群体中检测全基因组水平分子标记基因型信息的基础上, 开展群体中个体表型与基因型的相关性分析, 从而解析影响复杂性状的基因变异, 具有高分辨率和高通量的优势。近年来, GWAS已广泛应用于大豆重要的农艺性状和复杂性状的遗传结构解析[14-16]。Zhang等[17]利用高密度SNP图谱, 对313份不同大豆种质材料的蛋白质、油脂、脂肪酸和氨基酸组成进行了GWAS分析, 共鉴定出87个染色体区段与种子成分含量相关, 解释了8%～89%的遗传变异。利用自然群体检测大豆生育酚含量的关联分析还比较少[18-19]。Yu等[20]利用来自中国国家大豆基因库175份种质资源的自然群体, 在3个种植地点, 采用6种分析方法, 定位到101个与α-、γ-、δ-和总生育酚含量相关的QTL。

在大豆籽粒Ve组分相关的QTL研究中, 因遗传背景和环境条件的不同, 尚未检测到不同环境条件下表现稳定的QTL, 因此在多种环境和遗传背景下检测Ve含量相关QTL对于大豆遗传育种十分重要。本研究利用264份大豆种质资源材料, 对大豆籽粒Ve含量进行遗传分析, 检测与α-、γ-和δ-生育酚和总生育酚含量(TVe)显著相关的SNP位点, 挖掘优异等位变异, 以期为大豆品质育种提供基因资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

本试验材料为264份中国大豆种质资源, 由江苏省农业科学院经济作物研究所提供。材料包括212份育成品种和52份地方种, 主要来源于我国东北地区10个、黄淮海地区214个和南方地区40个[21]。于2021年和2022年夏季种植于江苏省农业科学院六合试验基地(32.50°N, 118.68°E), 采用随机区组设计, 垄作栽培, 一垄2行, 垄距60 cm, 行长4 m, 株距13 cm, 每穴留苗2株, 2个行区, 3次重复。田间管理按照一般大田管理进行, 材料均能正常成熟, 收获大豆籽粒。

1.2 大豆籽粒Ve含量检测

每份材料选取10.00～15.00 g籽粒饱满大小一致的大豆籽粒, 经样品研磨仪(FOSS, Knifetec 1095) 60 s粉碎, 称取0.2 g粉碎后的豆粉样品, 加入维生素C (Vc) 0.05 g和4 mL 80%乙醇溶液混匀, 低温水浴超声30 min; 然后, 加入8 mL正己烷溶液; 最后, 低温水浴超声30 min, 离心, 取上清, 过0.22 μm有机相滤膜, 放入–20℃冰箱待上机检测。

利用高效液相色谱技术(HPLC), 采用外标法对维生素E生育酚各异构体进行定量分析。色谱柱为DIKMA公司产品, 色谱柱填料为symmetry, 钻石C18, 5 μm, 柱规格为250.0 mm×4.6 mm; 荧光检测器激发波长290 nm, 发射波长300 nm; 流动相为甲醇, 流速1.0 mL min–1; 柱温35℃; 进样量20 μL; 检测时间10 min。以α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚峰面积代入回归方程= 1160.8+ 5057.3 (2=1)进行定量分析。Ve总生育酚(TVe)含量为α-、γ-、δ-生育酚含量值之和。

1.3 数据分析

利用SAS 9.13软件进行方差分析、描述性统计分析、相关性分析; 使用ORIGIN软件绘制柱状分布图。

1.4 全基因组关联分析

本研究用于全基因组关联分析的自然群体SNP标记物理图谱来自前期的重测序工作, 共2,597,425个, 该群体的连锁不平衡衰减区间为120 kb, 具体群体结构分析见本实验室的研究报道[21]。

将基因型、2年表型平均值、Q矩阵和K矩阵导入Tassel 5.0后, 进行混合线性模型(mixed linear model, MLM)的全基因组关联分析。在关联分析过程中计算获得每个SNP位点的值和2。将显著性阈值设置为–log10()≥5.0, 使用R语言将GWAS分析结果绘制成曼哈顿图。

2 结果与分析

2.1 大豆籽粒Ve含量的表型分析

对2021年和2022年264份大豆种质资源籽粒α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚和TVe含量表型数据进行分析, 分别统计了平均值、变幅和变异系数等。结果表明, 2021年α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚和TVe含量的变化范围分别为5.62～40.26 μg g–1、56.69～269.85 μg g–1、4.53～35.04 μg g–1和75.69～ 321.98 μg g–1, 平均值分别为20.22 μg g–1、164.37 μg g–1、19.96 μg g–1和204.48 μg g–1; 2022年分别为1.79～ 59.72 μg g–1、46.57～426.70 μg g–1、5.26～47.24 μg g–1和54.70～498.38 μg g–1, 平均值分别为15.00 μg g–1、188.31 μg g–1、22.26 μg g–1和225.57 μg g–1(表1)。α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚、TVe含量2022年比2021年变幅大, 说明Ve含量较容易受环境影响。Ve含量的变异系数较大, 从2021年Ve总含量的19.79%到2022年α-生育酚含量的55.78%, 并且2022年均大于2021年。总的来看, Ve含量在不同年份呈数量性状的连续分布特点(图1)。方差分析表明, 关联群体基因型间存在极显著差异(附表1), 说明关联群体基因型间α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚和TVe含量存在极显著的遗传变异。相关性分析(表2)表明, 2021年和2022年Ve含量间的相关系数均为正相关, 达到极显著水平(≤0.01)。

表1 大豆籽粒Ve含量表型变异

α-Toc: α-生育酚; γ-Toc: γ-生育酚; δ-Toc: δ-生育酚; TVe: Ve总含量。

α-Toc: α-tocopherol; γ-Toc: γ-tocopherol; δ-Toc: δ-tocopherol; TVe: the total Ve. CV: the coefficient of variation.

表2 大豆籽粒Ve含量的相关性分析

**表示0.01概率水平相关性显著。α-Toc: α-生育酚; γ-Toc: γ-生育酚; δ-Toc: δ-生育酚; TVe: Ve总含量。

**means significant correlation at the 0.01 probability level. α-Toc: α-tocopherol; γ-Toc: γ-tocopherol; δ-Toc: δ-tocopherol; TVe: the total Ve.

图1 不同年份大豆籽粒Ve含量的频率分布图

2.2 大豆籽粒Ve含量全基因组关联分析

利用MLM模型对2021年和2022年大豆籽粒Ve含量进行GWAS分析发现, 2021年和2022年α-生育酚分别检测到8和112个显著位点, 表型变异解释率为7.10%～12.82%; γ-生育酚分别检测到13和20个显著位点, 表型变异解释率为6.96%～10.24%; δ-生育酚分别检测到7个和50个显著位点, 表型变异解释率为7.52%～11.05%; Ve总含量分别检测到5个和17个显著位点, 表型变异解释率为6.88%～9.51% (图2)。其中α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚和Ve总含量在2年或2个性状被重复检测到9个显著性SNP位点, 分布在大豆3号、7号、11号、12号、13号、15号、17号和18号染色体上, 可以解释7.94%～11.05%的表型变异(图2和表3)。

表3 大豆籽粒Ve显著关联SNP位点

(续表3)

以上位点为2年或2个性状均检测到的QTL。α-Toc: α-生育酚; γ-Toc: γ-生育酚; δ-Toc: δ-生育酚; TVe: Ve总含量。

The QTL detected in 2 years or 2 traits are on the table. α-Toc: α-tocopherol; γ-Toc: γ-tocopherol; δ-Toc: δ-tocopherol; TVe: the total Ve.

(图2)

A: 2021年和2022年α-生育酚含量关联分析Manhattan图和Q-Q plot图; B: 2021年和2022年δ-生育酚含量关联分析Manhattan图和Q-Q plot图; C: 2021年和2022年γ-生育酚含量关联分析Manhattan图和Q-Q plot图; D: 2021年和2022年总生育酚含量关联分析Manhattan图和Q-Q plot图。当SNP阈值-log10() ≥ 5.0 (红线以上)时, 则认为该SNP位点显著。

A: Manhattan and Q-Q plots of α-tocopherol content in 2021 and 2022; B: Manhattan and Q-Q plots of δ-tocopherol content in 2021 and 2022; C: Manhattan and Q-Q plots of γ-tocopherol acid content in 2021 and 2022; D: Manhattan and Q-Q plots of total-tocopherol content in 2021 and 2022. When the threshold of SNP-log10() ≥ 5.0 (above the red line), it is considered the SNP is significant site.

2.3 大豆籽粒Ve含量关键候选基因筛选

对上述9个与大豆籽粒Ve含量显著关联的SNP进行单倍型分析发现, 2022年SNP S03_22378753碱基变化为G至T, 携有SNP S03_22378753-G大豆种质的γ-生育酚和δ-生育酚平均含量分别为202.29 μg g–1和24.10 μg g–1, 极显著高于基因型S03_22378753-T的大豆种质139.98 μg g–1和16.37 μg g–1(图3-A)。2021年和2022年携有SNP S07_4623771-T大豆种质α-生育酚的平均含量均极显著低于携有基因型S07_4623771-C大豆种质(图3-B)。2022年携有SNP S11_5633216-A大豆种质γ-生育酚和TVe的平均含量均极显著高于携有基因型SNP S11_5633216-C大豆种质(图3-C)。2022年携有SNP S12_980498-A和S13_26738088-A大豆种质γ-生育酚、δ-生育酚和TVe的平均含量均显著低于携有基因型S12_ 980498-T和S13_26738088-G大豆种质(图3-D, E)。2022年携有S15_15320539-C、S18_51917901-A和S18_55638538-G大豆种质γ-生育酚和TVe的平均含量要极显著低于携有S15_15320539-T、S18_ 51917901-C和S18_55638538-A大豆种质(图3-F, H, I)。2021年携有S17_21854720-G大豆种质γ-生育酚和TVe的平均含量要显著低于携有S17_21854720-A大豆种质(图3-G)。

2.4 关键候选基因的验证

前期研究结果显示该群体的连锁不平衡衰减区间为120 kb[21], 在上述9个与大豆籽粒Ve含量显著关联SNP上下游120 kb范围内的候选基因, 基于基因功能注释, 初步鉴定到6个与Ve含量显著相关的关键候选基因(表4)。其中, 定位于3号染色体上的基因编码HTH转录因子; 定位于7号、11号和13号染色体上的基因基因编码myb转录因子;和均编码锌指蛋白。和基因预测编码γ-生育酚甲基转移酶, 这些基因可能与籽粒中Ve的合成、积累和分解紧密相关。

(图3)

A: 2022年携有SNP S03_22378753-G/T的大豆种质γ-生育酚和δ-生育酚含量箱线图; B: 2021年和2022年携有SNP S07_4623771- C/T的大豆种质α-生育酚含量箱线图; C: 2022年携有SNP S11_5633216- C/A的大豆种质γ-生育酚和TVe含量箱线图; D: 2022年携有SNP S12_980498- A/T的大豆种质γ-生育酚、δ-生育酚和TVe含量箱线图; E: 2022年携有SNP S13_26738088-G/A的大豆种质γ-生育酚、δ-生育酚和TVe含量箱线图; F: 2022年携有SNP S15_15320539-T/C的大豆种质γ-生育酚和TVe含量箱线图; G: 2021年携有SNP S17_21854720-G/A的大豆种质γ-生育酚和TVe含量箱线图; H: 2022年携有SNP S18_51917901-A/C的大豆种质γ-生育酚和TVe含量箱线图; I: 2022年携有SNP S18_55638538-G/A的大豆种质γ-生育酚和TVe含量箱线图。α-Toc: α-生育酚; γ-Toc: γ-生育酚; δ-Toc: δ-生育酚; TVe: Ve总含量。显著性分析使用检验。*、**和***分别表示在< 0.05、< 0.01和< 0.001水平显著。

A: the box plot of γ-tocopherol and δ-tocopherol content of soybean varieties with S03_22378753-G or S03_22378753-T in 2022. B: the box plot of α-tocopherol content of soybean varieties with S07_4623771-C or S07_4623771-A in 2021 and 2022. C: the box plot of γ-tocopherol and TVe content of soybean varieties with S11_5633216-C or S11_5633216-A in 2022. D: the box plot of γ-tocopherol, δ-tocopherol and TVe content of soybean varieties with S12_980498-A or S12_980498-T in 2022. E: the box plot of γ-tocopherol, δ-tocopherol and TVe content of soybean varieties with SNP S13_26738088-G or SNP S13_26738088-A in 2022. F: the box plot of γ-tocopherol and TVe content of soybean varieties with S15_15320539-T or S15_15320539-C in 2022. G: the box plot of γ-tocopherol and TVe content of soybean varieties with S17_21854720-G or S17_21854720-A in 2021. H: the box plot of γ-tocopherol and TVe content of soybean varieties with S18_51917901-A or S18_51917901-C in 2022. I: the box plot of γ-tocopherol and TVe content of soybean varieties with S18_55638538-G or S18_55638538-A in 2022. α-Toc: α-tocopherol; γ-Toc: γ-tocopherol; δ-Toc: δ-tocopherol; TVe: Total Ve. The significance analysis was used-test. *, **, and *** indicate significance at< 0.05,< 0.01, and< 0.001, respectively.

表4 大豆自然群体籽粒Ve关键候选基因

根据本课题组已发表的转录组数据得知[22], 在大豆籽粒发育过程中(开花后7～28 d),和基因在开花授粉7 d后的表达量最高, 然后表达量随之降低;的表达量在开花14 d后达到峰值, 然后在21 d和28 d后下降;和基因表达量一直呈上升趋势, 在开花28 d后达到最大;的表达量在开花7 d后达到峰值, 随后表达量降为0 (图4)。

2.5 Ve性状特异种质的优选

大豆籽粒Ve育种的方向是培育出高Ve品质的大豆品种, 因此在遴选特异种质时, 仅考虑高α-生育酚和TVe含量的种质。对于α-生育酚和TVe性状来说, 分别以含量大于30 μg g–1和400 μg g–1为筛选标准, 最终获得9份特异种质材料(表5), 其中2份材料NPS020和NPS023为双高(高α-生育酚和高TVe含量)特异种质, 均来源于宁夏, 建议可以直接用于生产的高Ve大豆品种。优选结果说明宁夏大豆生态区可能拥有更多可以直接利用的高Ve的资源。从入选资源的优异等位变异位点来看, 除NPS001和NPS027外, 其余7份大豆资源兼具多个优异等位变异位点, 包括NPS020和NPS023种质。

图4 大豆籽粒发育过程中6个Ve含量相关候选基因的表达模式

表5 入选的Ve相关性状的特异资源

α-Toc: α-生育酚; TVe: Ve总含量。

α-Toc: α-tocopherol; TVe: total Ve.

3 讨论

大豆种子Ve主要成分中, α-生育酚营养价值最高, 容易稳定在细胞中, 具有最强的保护不饱和脂肪酸免受氧化的能力[23]; γ-生育酚占生育酚总含量的70%左右, 在食用油中占生育酚总含量的60%～ 65%。γ-生育酚甲基转移酶作用于芳香环上, 使γ-生育酚形成α-生育酚[24-25]。本研究检测到9个控制大豆Ve含量SNP位点, 6个候选基因在种子发育过程中均有不同程度的表达。

本研究检测到与α-生育酚含量显著关联的SNP位点S07_4623771, 2年分别可以解释7.88%和9.83%的表型变异。据文献报道, 前人[26]利用3个大豆RIL群体, 在S07_4623771位点检测到与大豆油分含量相关的QTL (Gm07: 2025244～10465123), 这一方面佐证了本文中S07_4623771位点与大豆油分有关, 另一方面启示育种中此位点进行标记辅助选择, 可以同时改良大豆α-生育酚与油分含量。所以, 本文发掘到的S07_4623771位点在大豆品质育种中可能具有重要意义, 还需对该位点进一步精细定位, 挖掘其潜在的候选基因。同时, 在15号和18号染色体上定位到的S15_15320539和S18_51917901位点, 分别与种子含油量和油酸含量的主效QTL重叠[27-28],但未见与种子Ve含量相关报道, 它们可能是潜在的新QTL, 该位点的遗传效应有待进一步研究证实。前人研究表明, 大部分与大豆籽粒Ve组分性状相关的QTL主要集中于5号、6号、9号、14号、15号和20号染色体上[8-10,29]。刘焕成[30]利用‘北丰9’和低维生素E含量的大豆品种‘Freeborn’构建包含238个家系的RIL群体, 首次定位到同时与α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚和维生素E总含量相关2个重要的QTL, 其中BARCSOYSSR_15_0855-BARCSOYSSR_ 15_0887与本研究定位到15号染色体SNP位点S15_15320539区域不同, 其原因可能是由于控制大豆Ve成分的基因不同, 也可能是试验材料不同, 群体种类和大小不同。此外, 本研究中定位出的S03_22378753、S11_5633216、S12_980498、S13_26738088和S18_55638538位点, 均未见相关报道。

本研究共筛选出6个Ve相关的关键候选基因。和与拟南芥同源, 编码γ-生育酚甲基转移酶(γ-TMT),该酶是生育酚生物合成途径中最后一个关键酶, 具有较高的生物活性, 分别可将γ-和δ-生育酚甲基化为α-和β-生育酚。Chu等[19]用6,291,929个SNP标记对727份(2013年)和807份(2014年)大豆种质资源进行GWAS分析, 发现18个与大豆种子生育酚或总生育酚相关的SNP位点, 鉴定了3个与α-生育酚生物合成基因:、和。该研究仅对进行了功能验证, 但未对和进行深入验证。相关研究表明, 过表达玉米的生育酚甲基转移酶可使转基因拟南芥中α-生育酚含量增加4～5倍, 转基因玉米籽粒中的含量增加约6.5倍, 并使α/γ-生育酚比率分别增加到约15和17[31]。在油菜过表达可使种子中α-生育酚和总生育酚含量增加[32]。因此,和有可能为大豆Ve代谢相关候选基因, 功能有待进一步验证。与同源, 在拟南芥中, 该基因参与叶片发育、侧器官发生以及作为植物免疫应答的调节因子。MYB转录因子在次生代谢途径中发挥着重要作用[33],的同源物(MYB111), 被报道参与调控拟南芥次生代谢物黄酮醇的生物合成[34]。但MYB转录因子是否参与大豆Ve合成尚不明确。与拟南芥同源, 被报道参与调控光形态发生和开花时间[21,35], 尚未有参与Ve合成的相关报道。与(BASIC LEUCINE ZIPPER TRANSCRIPTION FACTOR 67, ATBZIP67)同源, 该基因功能尚无明确研究。本研究中筛选到特异种质共计9份, 其中有7份来自宁夏, 云南和河北各1份。存在7份兼具多个优异等位变异位点的特异种质, 如来自宁夏的NPS020和NPS023既为高α-生育酚种质又为总生育酚高的种质, 为“双高”种质。筛选到的特异种质, 可针对目标性状直接改良后投入生产, 也可以作为育种改良的中间材料。在利用特异材料开展育种工作的时候, 不仅要考虑表型的高低, 还应明确控制表型高低的遗传位点, 从全局上把握特异材料中优异等位的分布情况, 并在育种中进行辅助选择, 这不仅能缩短育种年限, 还能获得可靠的结果[36]。

4 结论

本研究采用264份大豆种质资源籽粒中Ve的α-、γ-和δ-生育酚含量表型数据结合重测序基因型数据, 进行全基因组关联(GWAS)分析, 共检测到9个显著关联的SNP位点, 并发掘出6个关键候选基因, 其中MYB转录因子以及编码γ-生育酚甲基转移酶的基因和, 可能是参与Ve代谢过程的重要基因。遴选到7份兼具多个优异等位变异位点的特异种质, 可供生产应用或作为育种特异种质利用。

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附表1 不同年份大豆籽粒Ve含量的方差分析

Table S1 Analysis of variance (ANOVA) for Ve of soybean seed in two years

年份Year生育酚Tocopherol变异来源Source of variation自由度DF均方MSF值F-value 2021α-生育酚α-Toc基因型Genotype253114.6137.78** 重复Replication25.451.80 误差Residual error5063.03 γ-生育酚γ-Toc基因型Genotype2533379.1628.53** 重复Replication21588.3213.41** 误差Residual error506118.43 δ-生育酚δ-Toc基因型Genotype25364.1552.03** 重复Replication25.504.46* 误差Residual error5061.23 总生育酚TVe基因型Genotype2534914.2416.96** 重复Replication22022.396.98** 误差Residual error506289.80 2022α-生育酚α-Toc基因型Genotype208182.18118.53** 重复Replication20.770.50 误差Residual error4161.54 γ-生育酚γ-Toc基因型Genotype20816,365.0090.26** 重复Replication2315.281.74 误差Residual error416181.31 δ-生育酚δ-Toc基因型Genotype209210.0079.66** 重复Replication24.741.80 误差Residual error4162.64 总生育酚TVe基因型Genotype20823,217.00130.40** 重复Replication210,967.0061.60** 误差Residual error416178.04

*和**分别表示在< 0.05和< 0.01水平显著。

*and**indicate significance at< 0.05 and< 0.01, respectively.DF: degree of freedom; MS: mean square. α-Toc: α-tocopherol; γ-Toc: γ-tocopherol; δ-Toc: δ-tocopherol; TVe: total Ve.

Genome-wide association study for vitamin E content in soybean (L.) seed

ZHANG Hong-Mei1, ZHANG Wei1, WANG Qiong1, JIA Qian-Ru1, MENG Shan2, XIONG Ya-Wen3, LIU Xiao-Qing1, CHEN Xin1, and CHEN Hua-Tao1,3,*

1Institute of Industrial Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, Jiangsu, China;2Institute of Germplasm Resources and Biotechnology, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, Jiangsu, China;3College of Life Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu, China

Vitamin E (Ve) is a natural antioxidant in soybean oil and an important index to evaluate the nutritional value of soybean oil. In this study, α-, γ-, and δ- contents of seed were determined from a natural soybean population containing 264 germplasm resources in 2021 and 2022, and genome-wide association study (GWAS) was conducted. A total of 199 SNPs significantly associated with soybean Ve content were detected in this study, among which 9 SNPs that could be repeatedly detected in two different environments or two traits, which located on chromosomes 3, 7, 11, 12, 13, 15, 17, and 18, respectively. Among them, the significant association signal on chromosome 7 was a major effect site controlling α-tocopherol content, which can be detected in two environments, with the explanation rate of phenotypic variation 9.83%. By screening the candidate genes of this site,encoding myb transcription factor was obtained, which may be the effect gene of this site. In addition, two genes encoding γ-tocopherol methyltransferaseandobtained on chromosome 12, may be important genes affecting Ve content. The results of this study are helpful to analyze the genetic basis and regulatory mechanism of Ve content in soybean seed, and lay a foundation for genetic improvement of soybean quality.

soybean; seed; Ve content; GWAS; candidate gene

10.3724/SP.J.1006.2024.34202

本研究由江苏省农业自主创新基金项目(CX(22)5002)和国家自然科学基金项目(32001455, 30771360)资助。

This study was supported by the Jiangsu Agricultural Science and Technology Innovation Fund (CX(22)5002) and the National Natural Science Foundation of China (32001455, 30771360).

陈华涛, E-mail: cht@jaas.ac.cn

E-mail: zhm@jaas.ac.cn

2023-12-01;

2024-01-31;

2024-02-09.

URL: https://link.cnki.net/urlid/11.1809.S.20240207.2159.007

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