大豆耐鹽性QTL定位研究綜述

劉 甜 龐井雪 石連欣 劉 淞 于 妍

長春科技學(xué)院，吉林 長春 130600

0 引言

大豆在我國距今已有5 000多年的栽培歷史，是重要的糧油兼用作物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球范圍內(nèi)遭受鹽漬化脅迫的耕地約占30%，對(duì)糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重影響［1］。土地鹽漬化同樣會(huì)導(dǎo)致大豆產(chǎn)量降低，所以選育耐鹽大豆品種意義重大。大豆耐鹽性是一個(gè)受多基因控制的數(shù)量性狀，采用傳統(tǒng)育種手段很難實(shí)現(xiàn)耐鹽性大豆選育，但數(shù)量性狀基因座（Quantitative Trait Locus，QTL）定位的廣泛應(yīng)用大大加速了耐鹽性大豆品種的選育進(jìn)程。

1 QTL定位的方法

QTL 定位是利用單基因定位的方式，將QTL 定位在遺傳圖譜上，并確定QTL 與遺傳標(biāo)記之間的距離（表示為重組率）。該方法常用于F2群體、回交世代群體、重組自交系群體、雙單倍體群體等。其主要有3 種作圖方法，分別為區(qū)間作圖法（IM）、復(fù)合區(qū)間作圖法（CIM）及基于混合線性模型的復(fù)合區(qū)間作圖法（MCIM）。目前，作物QTL定位方法分為兩大類，分別是傳統(tǒng)QTL 定位方法（基于遺傳連鎖圖譜）和全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）（基于連鎖不平衡原理）。

由于農(nóng)作物的多數(shù)性狀（如大豆的百粒質(zhì)量、營養(yǎng)物質(zhì)含量、植株高度及耐鹽性等）均由QTL 控制，因而采用QTL 定位有利于加快作物育種進(jìn)度，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)，增強(qiáng)作物抗逆性等。隨著分子標(biāo)記技術(shù)的迅速發(fā)展，RFLP、SSR、RAPD 等分子標(biāo)記手段被越來越多地應(yīng)用于QTL 定位，但此類分子標(biāo)記手段容易受到作圖群體、遺傳圖譜及環(huán)境條件的限制而應(yīng)用效果不佳。近年來，GWAS 在植物復(fù)雜數(shù)量性狀研究上表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。應(yīng)用GWAS 定位QTL 因具有效率高、構(gòu)建群體所需時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)而備受研究者青睞。借助高密度分子圖譜，GWAS 已成為定位大豆耐鹽性QTL、獲得耐鹽基因的有效手段。

2 鹽脅迫對(duì)大豆的影響

大豆屬于對(duì)鹽類中度敏感的植物，如果土壤中的鹽含量超過5 dS/m，大豆生長就會(huì)受到影響［2］。郝雪峰等［3］研究發(fā)現(xiàn)，不同鹽濃度對(duì)大豆萌發(fā)期有不同的影響，低濃度可以促進(jìn)種子萌發(fā)，而高濃度則會(huì)抑制種子萌發(fā)，且抑制程度隨著鹽濃度的升高而顯著增加，同時(shí)大豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等隨著鹽濃度的增加均呈先上升后下降的趨勢。徐芬芬等［4］用不同濃度的鹽溶液對(duì)2 個(gè)大豆品種進(jìn)行鹽脅迫處理，結(jié)果表明高濃度的鹽脅迫會(huì)明顯減弱大豆種子的吸收速率和營養(yǎng)元素的活化效果，并對(duì)種子的吸脹功能形成抑制，進(jìn)而導(dǎo)致大豆種子發(fā)芽率降低。滕衛(wèi)麗等［5］研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫對(duì)大豆芽期的影響極大。Luo 等［6］研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫的影響下，苗期大豆葉片枯黃、莖節(jié)數(shù)減少、株高和生物量積累均顯著降低。李新崗［7］研究發(fā)現(xiàn)，在大豆苗期，鹽脅迫會(huì)對(duì)大豆幼苗的光合作用產(chǎn)生影響，造成植株生長緩慢、株高和鮮質(zhì)量降低，甚至植株葉片萎黃壞死；在大豆成熟期，鹽脅迫會(huì)對(duì)植株開花、結(jié)莢、鼓粒等過程造成影響，并最終影響大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)。Chang 等［8］研究表明，在鹽脅迫條件下，大豆株高、單株粒數(shù)和粒質(zhì)量均呈降低趨勢，并由此造成產(chǎn)量降低，而且鹽敏感性品種較耐鹽品種受鹽脅迫的負(fù)面影響更大。Weil等［9］研究發(fā)現(xiàn)，遭受鹽脅迫后，大豆產(chǎn)量下降了30%，百粒質(zhì)量下降了23%；除對(duì)大豆產(chǎn)量造成影響外，鹽脅迫還會(huì)影響大豆籽粒的品質(zhì)。

3 大豆耐鹽性QTL研究進(jìn)展

3.1 萌發(fā)期大豆耐鹽QTL定位

Kan 等［10］以196 個(gè)大豆地方品種組成的自然群體和包括184 家系的重組自交系作為研究材料，發(fā)現(xiàn)22個(gè)與大豆萌發(fā)期耐鹽性緊密連鎖的SSR 標(biāo)記及11 個(gè)相關(guān)的QTL位點(diǎn)，分別定位在2、7、8、10、17、18號(hào)染色體上。Zhang 等［11］利用耐鹽大豆品種科豐1 號(hào)和鹽敏感材料南農(nóng)1138-2，以雜交構(gòu)建的包含184 家系重組自交系為材料，在8 號(hào)染色體定位到一個(gè)與大豆萌發(fā)期耐鹽性相關(guān)的QTL 位點(diǎn)，且該QTL 與標(biāo)記Sat_162緊密連鎖，并將其命名為qST-8。

3.2 苗期大豆耐鹽QTL定位

Lee 等［12］對(duì)耐鹽大豆品種S-100 與TO-KYO 雜交組成的F2：5群體進(jìn)行QTL定位，在大豆3號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)一個(gè)大豆苗期耐鹽性相關(guān)主效QTL，標(biāo)記范圍為SAT_091～SAT_237。Chen 等［13］在大豆苗期進(jìn)行了耐鹽性相關(guān)QTL 定位研究，以包含184 個(gè)家系組成的重組自交系群體為材料，定位到分布于2、3、7、9、11、14、18 號(hào) 染 色 體 上 的8 個(gè)QTL 位 點(diǎn)。Tuyen 等［14］利 用JWS-156-1（耐鹽）和Jackson（PI548657）（鹽敏感）雜交構(gòu)建重組自交系群體，包含112個(gè)F6系別和149個(gè)F2系別，以大豆苗期的耐鹽分級(jí)和葉片葉綠素含量為耐鹽指標(biāo)，定位到17 號(hào)染色體上的1 個(gè)QTL 位點(diǎn)。Zeng等［15］通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，利用283 個(gè)來自世界各地種質(zhì)資源組成的自然群體和33 009 個(gè)SNP 標(biāo)記，不僅在3號(hào)染色體上定位到耐鹽性QTL，還在2、7、8、10、13、14、16、20 號(hào)染色體上檢測到8 個(gè)苗期耐鹽性QTL位點(diǎn)。Tuyen 等［16］通過Fiskeby（耐鹽）和Williams（鹽敏感）雜交，構(gòu)建包含132個(gè)F2∶3家系的重組自交系，以大豆苗期葉片葉綠素含量、鈉含量、氯離子含量和萎黃分級(jí)4 個(gè)性狀為耐鹽指標(biāo)，定位到位于3、13 號(hào)染色體上的耐鹽相關(guān)QTL位點(diǎn)。Lopez等［17］通過鹽敏感材料Ozark 與耐鹽材料Jake 雜交，構(gòu)建了包含269 個(gè)F2∶3家系的重組自交系和5 402 個(gè)SNP 標(biāo)記，以大豆苗期葉片萎黃分級(jí)、植株枯死比例和葉綠素含量為耐鹽指標(biāo)，在19 號(hào)染色體上檢測到一個(gè)新的耐鹽QTL 位點(diǎn)。李新崗［7］利用桂早1號(hào)和巴西13雜交構(gòu)建重組自交系群體對(duì)大豆苗期耐鹽QTL 定位進(jìn)行研究，新獲得位于9條染色體上的17 個(gè)耐鹽QTL 位點(diǎn)，其中有10 個(gè)QTL位點(diǎn)與前人定位結(jié)果不同，有7 個(gè)QTL 位點(diǎn)與前人定位結(jié)果相似，均位于相同染色體上且位置接近。

3.3 芽期大豆耐鹽QTL定位

邱鵬程等［18］將紅豐11號(hào)與Harosoy構(gòu)建的回交導(dǎo)入系群體作為試驗(yàn)材料，利用兩種遺傳分析方法在大豆芽期共定位到耐鹽相關(guān)QTL 位點(diǎn)22 個(gè)。李亞凱［19］對(duì)大豆重組自交系進(jìn)行大豆芽期耐鹽QTL 檢測，定位到21 個(gè)QTL 位點(diǎn)，分別位于3、4、8、11、18 號(hào)染色體上。闞貴珍等［20］對(duì)113 份野生大豆采用分子標(biāo)記和全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)進(jìn)行芽期耐鹽性狀鑒定，共定位到26 個(gè)與野生大豆芽期耐鹽相關(guān)的QTL 位點(diǎn)。滕衛(wèi)麗等［5］通過127 份大豆重組自交系，檢測大豆芽期耐鹽性狀的QTL 位點(diǎn)，最終定位到21 個(gè)QTL 位點(diǎn)，其中與相對(duì)發(fā)芽率相關(guān)的QTL 位點(diǎn)有4 個(gè)，與相對(duì)吸脹率相關(guān)的QTL 位點(diǎn)有8 個(gè)，與相對(duì)發(fā)芽指數(shù)相關(guān)的QTL位點(diǎn)有9個(gè)。

4 結(jié)語

大豆耐鹽性是多基因控制的數(shù)量性狀，目前已公布的大豆耐鹽性QTLs 大都分布在第3 染色體上［21-22］，但隨著研究的深入，其他染色體上也定位到一些耐鹽性QTL位點(diǎn)［23］。

另外，基于大豆基因組測序的完成，在進(jìn)行大豆耐鹽性QTL 定位的同時(shí)，相關(guān)候選基因被克隆并鑒定。同時(shí)，隨著大豆轉(zhuǎn)基因技術(shù)的逐步完善，大部分基因的功能均可在大豆中得以驗(yàn)證，從而有利于進(jìn)一步揭示大豆耐鹽機(jī)制，培育耐鹽性更加優(yōu)良的大豆新品種。