我國大豆資源的蛋白質(zhì)組分與亞基歸組及其變異程度、遺傳和QTL分析.pdf

1、大豆[Glycine max(L.) Merr.]原產(chǎn)于我國，是當(dāng)今世界上最重要的植物蛋白與食用植物油的來源。大豆含有豐富的蛋白質(zhì)和人體必需的氨基酸，蛋白質(zhì)組分(主要為11S和7S及其比值)和亞基是大豆蛋白質(zhì)品質(zhì)的重要性狀。以往蛋白質(zhì)組分及其含量的測定主要采用超速離心分離或堿溶、酸沉、凝膠過濾純化方法，這些方法適于小樣本大樣品的情況。對于育種和資源研究，需要一種能處理大樣本小量樣品、簡單易行的技術(shù)。國內(nèi)外不同學(xué)者曾經(jīng)對蛋白質(zhì)組分做過SD

2、S-PAGE分析，電泳分析比較簡易，但所分析材料多局限于局部地區(qū)的個別品種，缺乏代表性，所獲蛋白質(zhì)組分和亞基分子量的研究結(jié)果差異很大甚至相互矛盾，參考價值受到限制。因此，分析材料的范圍有待擴(kuò)大，材料代表性有待提高，以便把研究結(jié)果用于大豆蛋白質(zhì)品質(zhì)改良的研究中，因?yàn)橛N者期望用簡易方法研究資源和育種材料，提高育種成效并節(jié)省人力、物力和時間。在方法未解決時，育種者只對蛋白質(zhì)含量做了分析測定，也做了一些遺傳分析與QTL定位，但對11S、7S組

3、分及其亞基相對含量的遺傳分析和QTL定位研究很少。 本研究得到以下主要結(jié)果： 1.640份栽培大豆品種的提取蛋白SDS-PAGE分析結(jié)果，品種間電泳條帶數(shù)和條帶分子量(MW)變異很大，在SDS-PAGE譜帶中不同分子量的電泳條帶呈現(xiàn)連續(xù)分布的趨勢，沒有間斷點(diǎn)。參照前人結(jié)果，根據(jù)分布峰谷狀況，按分子量把SDS-PAGE譜帶劃分成兩個區(qū)域：分子量MW<44 KDa區(qū)域和分子量MW≥44 KDa的區(qū)域。第一個區(qū)域?qū)?yīng)為11S組

4、分，第二個區(qū)域?qū)?yīng)為7S組分。進(jìn)一步按照電泳條帶次數(shù)分布的峰谷變化將條帶分組稱為亞基組。第一個區(qū)域的電泳條帶歸為4個亞基組，即11S-1(14.4-22 KDa)、11S-2(22-26 KDa)、11S-3(26-34 KDa)和11S-4(34-44 KDa)；第二個區(qū)域的電泳條帶歸為6個亞基組，即7S-1(44-49KDa)、7S-2(49-55 KDa)、7S-3(55-67 KDa)、7S-4(67-73 KDa)、7S-5(

5、73-82 KDa)和7S-6(82-91KDa).11S-1～11S-4相對含量之和作為11S組分的相對含量，7S-1～7S-6相對含量之和作為7S組分的相對含量，從而計算11S/7S的比值。 2.對全國138份野生豆、409份地方品種和148份育成品種以及83份國外引進(jìn)品種(合計778份)的蛋白質(zhì)組分有關(guān)性狀分析結(jié)果，全國野生豆蛋白質(zhì)含量、油脂含量和蛋脂總含量變幅分別為39.2～54.2％、7.5～17.5％和47.3～64

6、，6％，地方品種為38.8～51，5％、11.5～23.4％和55.6～70.6％，國內(nèi)育成品種為41.7～49.4％、12.9～24.9％和55.6～72.0％。野生豆馴化為栽培豆并經(jīng)人工選育后油脂含量和蛋脂總含量有大幅增加，而蛋白質(zhì)含量平均數(shù)和變異度則有減小，說明以往人工進(jìn)化著重在油脂含量的改進(jìn)。蛋白質(zhì)含量、油脂含量和蛋脂總含量3性狀各群體在各生態(tài)區(qū)內(nèi)均有較大變異，區(qū)平均間差異并不大，各區(qū)都有優(yōu)良變異。 野生豆蛋白質(zhì)含量、油

7、脂含量和蛋脂總含量與來源地緯度并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)；栽培豆地方品種和育成品種的油脂含量與地理緯度出現(xiàn)顯著正相關(guān)；育成品種蛋白質(zhì)含量與地理緯度還出現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)；野生自然狀態(tài)下蛋白質(zhì)含量和油脂含量之間無相關(guān)，而栽培豆地方品種和育成品種依次增強(qiáng)了負(fù)相關(guān)，說明形成這種相關(guān)的原因在于地區(qū)間油脂含量人工進(jìn)化程度的差異。 全國野生豆、地方品種和育成品種11S相對含量平均分別為54.7％、64.8％和71.7％，變幅28.8～82.6％、38.8～79

8、.4％和48.2～88，9％；7S相對含量平均分別為44.7％、34.9％和27.9％，變幅20.6～71.2％、20.6～61.1％和15.7～47.8％；11S/7S比值平均分別為1.4、2.0和2.7，變幅0.4～3.9、0.6～3.9和0.9～4.0.野生豆馴化為栽培豆并經(jīng)選育后11S相對含量和11S/7S比值上升，7S相對含量下降，變幅均減小；亞基組11S-2和11S-3相對含量增加；7S的6個亞基組，尤其7S-1和7S-6，

9、相對含量下降。11S、7S、11S/7S在各群體各生態(tài)區(qū)內(nèi)均有較大變異，與來源地緯度、蛋白質(zhì)和油脂含量均無顯著相關(guān)。 從各生態(tài)區(qū)和國外引進(jìn)品種中優(yōu)選出高蛋白質(zhì)(≥50％)、高油脂(≥23％)和高蛋脂總含量(≥68％)種質(zhì)各10份，優(yōu)選到11S/7S比值大于3.7、11S相對含量為78.9-88.9％的8份種質(zhì)，發(fā)現(xiàn)有11S的4個亞基組相對含量分別大于37％、7S的6個亞基組相對含量分別大于24％、以及11S-1和7S的6個亞基組

10、缺失的種質(zhì)。 3.以蛋白質(zhì)組分有關(guān)性狀差異較大的科豐1號與南農(nóng)1138-2衍生的RIL群體(NJRIKY，簡稱KY)和ZDD2315與Essex衍生的BIL群體(NJBIEX，簡稱EX)為材料，用主基因+多基因混合遺傳模型分析大豆蛋白質(zhì)組分有關(guān)性狀的遺傳機(jī)制，結(jié)果在KY中蛋白質(zhì)含量主基因和多基因的遺傳率分別為31.3％和53.7％，11S組分相對含量的為14.3％和50.7％，7S組分相對含量的為34，5％和45.1％，11S/

11、7S比值的為74.8％和20.1％，4個11S亞基組的為45.2～77.9％和15.5～41.2％，6個7S亞基組的為38.9～67.8％和29.2～45.5％。在EX中蛋白質(zhì)含量的為40.9％和37.2％，11S組分相對含量的為60.7％和17.0％，7S組分相對含量的為44.1％和21.6％，11S/7S比值的為56.6％和10.1％，4個11S亞基組的為45.4～67.6％和26.6～53.4％，6個7S亞基組的為76.2～92.

12、6％和5.0～22.2％。在KY中蛋白質(zhì)含量、11S和7S組分相對含量的多基因遺傳率高于主基因遺傳率，而11S和7S的亞基組則相反。EX中多數(shù)性狀的主基因遺傳率高于多基因遺傳率，兩個群體的蛋白質(zhì)組分有關(guān)性狀的多基因遺傳率有差異，但都比較高，在主基因+多基因混合遺傳中具有重要作用。 4.以KY和EX為作圖群體采用Win QTL Cartogapher Version2.5程序，利用CIM法進(jìn)行QTL檢測，結(jié)果在KY中蛋白質(zhì)含量2個

13、QTL(Blpr和Eprl)，累計貢獻(xiàn)率為16.5％。11S組分相對含量2個QTL(A211S和DlallS)，累計貢獻(xiàn)率為13.3％。7S組分相對含量2個QTL(I7S1和I7S2)，累計貢獻(xiàn)率為12.7％.11S/7S比值3個QTL(Dlarat、Iratl和Irat2)，累計貢獻(xiàn)率為19.8％.11S和7S的亞基組QTL貢獻(xiàn)率均低于10％。在EX中蛋白質(zhì)含量1個QTL(Epr2)，貢獻(xiàn)率為10.6％.11S組分相對含量2個QTL(

14、E11S和B211S)，累計貢獻(xiàn)率為23.5％。7S組分相對含量3個QTL(E7S1、E7S2和D1b-27S)，累計貢獻(xiàn)率為38.3％。11S/7S比值1個QTL(Erat)，貢獻(xiàn)率為14.3％。4個11S亞基組QTL貢獻(xiàn)率為8.7～21.9％，其中11S-1的QTL(M11S-11)貢獻(xiàn)率最高(21.9％)，6個7S亞基組QTL貢獻(xiàn)率8.2～16.3％.在KY的D1a連鎖群上的分子標(biāo)記GMKF008b-GMKF008a之間和在EX群

15、體的E連鎖群上的分子標(biāo)記sat380-satt263之間各檢測到3個QTL，GMKF008b-GMKF008a與11S組分的QTL D1a11S、11S/7S比值的QTL Dlarat和7S-2亞基組的QTL D1a7S-2相關(guān)聯(lián)，sat_380-satt263與11S組分的QTL E11S、7S組分的QTL E7S1和11S/7S比值的QTL Erat相關(guān)聯(lián)，它們是重要的分子標(biāo)記。在兩個群體中除了個別性狀，檢測到的QTL位點(diǎn)貢獻(xiàn)率都很

16、低(KY中一般低于10％，EX中約10％左右)，沒有檢測到貢獻(xiàn)率高的主效QTL位點(diǎn)。蛋白質(zhì)組分有關(guān)性狀的遺傳中主效QTL數(shù)量少、貢獻(xiàn)率低，僅能解釋約10％的表型變異，因此，多基因起著重要作用，這與遺傳分析的結(jié)果相一致。 本研究提出的亞基組劃分標(biāo)準(zhǔn)和方法，經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)證明簡單、穩(wěn)定和使用方便，并在本研究的資源分析、遺傳分析和QTL分析中得到應(yīng)用。通過對778份資源的分析所篩選的特異種質(zhì)可供蛋白質(zhì)組分育種利用。遺傳分析和QTL分析說明