中国农业科学专题文章 | 安徽农业大学联合河北省农林科学院基于全基因组关联分析冀北坝上大豆结瘤相关性状

大豆是全球重要的植物蛋白和食用油来源，我国是大豆的第一进口国。为保证大豆供应安全，扩大大豆种植面积和提高大豆单产就成了亟待解决的问题。冀北坝上高原区地广人稀、病虫害轻、农药用量小，在坝上地区发展大豆生产，具有节水减肥作用，还可解决坝上马铃薯缺乏倒茬作物的难题，因此，在该地区发展大豆生产，其生态、经济和社会效益显著。氮是作物生长所需的重要元素之一。在现代农业生产中，土壤中的氮元素主要来源于合成氮肥。随着氮肥的不合理施用，产生了诸多严重的环境污染问题，严重影响了农业可持续发展。大豆能够与根瘤菌建立共生关系，形成能够共生固氮的根瘤。大豆结瘤性状受多基因调控，因此，挖掘大豆中调控共生结瘤的QTL或重要基因，对提高大豆共生固氮效率及分子辅助育种具有重要意义。

近期，安徽农业大学农学院王晓波课题组联合河北省农林科学院粮油作物研究所闫龙课题组完成的题为“冀北坝上大豆结瘤相关性状全基因组关联分析”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷11期正式发表。

以包含260份大豆种质的自然群体为研究对象，在河北坝上室外盆栽条件下接种根瘤菌菌株USDA110。以单株根瘤数量、单株根瘤干重数值作为表型数据，结合大豆260份种质基因型数据，对其进行全基因组关联分析，挖掘大豆共生结瘤相关基因。

根瘤数量和根瘤干重全基因组关联分析

共检测到18个与大豆根瘤数量显著关联的SNP，分别位于第2、7、8、13、18和19染色体上。其中，位于第2染色体上的显著关联位点BARC_2.01_Chr02_43161654_A_G是控制大豆根瘤数量的主效位点（LOD=3.89），对该位点上下游共200 kb区间进行连锁不平衡分析，在包含BARC_2.01_Chr02_43161654_A_G的连锁区间内，共获得10个调控大豆根瘤数量候选基因，通过单倍型分析发现，Glyma.02G243200不同单倍型所对应的材料之间的根瘤数量具有显著差异（P<0.05），在SoyBase数据库中查询该基因的表达模式发现，Glyma.02G243200在根毛中表达。该基因可能是影响大豆根瘤数量的关键基因。

调控大豆根瘤数量候选基因单倍型分析

共检测到6个与大豆根瘤干重显著关联的SNP，分别位于第6、18和20染色体上。其中，位于第6染色体上的显著关联位点BARC_2.01_Chr06_6069381_G_A和BARC_2.01_Chr06_6192925_T_C是控制大豆根瘤干重的主效位点（LOD=3.49和LOD=3.35），对BARC_2.01_Chr06_6069381_G_A上游100 kb和BARC_2.01_Chr06_6192925_T_C下游100 kb区间进行连锁不平衡分析，获得14个调控大豆根瘤干重候选基因，并进行单倍型分析。其中，Glyma.06G079600和Glyma.06G079900不同单倍型所对应的材料之间的根瘤干重具有显著差异（P<0.01，P<0.001），在SoyBase数据库中查询这两个基因的表达模式发现，Glyma.06G079600和Glyma.06G079900在根中表达。这两个基因可能是影响大豆根瘤干重的关键基因。

根瘤干重候选基因单倍型分析

在第2染色体上发现一个与根瘤数量显著相关的候选基因，在第6染色体上发现2个与根瘤干重显著相关的候选基因。

该研究获得河北坝上大豆生态适应性遗传基础解析（C20220511）、河北省现代农业产业技术体系（HBCT2023040101）、国家大豆产业技术体系（CARS-04-PS06）的资助。

论文链接：

《冀北坝上大豆结瘤相关性状全基因组关联分析》

引用本文：

寿鑫月, 刘智, 陈玥含, 李晨辉, 孙宾成, 孙如建, 韩德志, 鹿文成, 申永辉, 王晓波, 闫龙. 冀北坝上大豆结瘤相关性状全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2102-2113.

SHOU XinYue, LIU Zhi, CHEN YueHan, LI ChenHui, SUN BinCheng, SUN RuJian, HAN DeZhi, LU WenCheng, SHEN YongHui, WANG XiaoBo, YAN Long. Genome-Wide Association Analysis of Soybean Nodulation-Related Traits in the Northern Hebei[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(11): 2102-2113.

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