大豆抗倒伏相关农艺性状的全基因组关联分析揭示GIGANTEA基因通过昼夜节律调控株型的关键机制

本研究针对高密度种植条件下大豆倒伏问题，通过GWAS分析338份重测序材料，鉴定出47个高密度和61个低密度下的显著SNP位点，发现10号染色体上Glyma.10G221500(GI)基因通过昼夜节律通路同时调控株高(PH)、节数(NN)和植株重量平衡(PWB)。该研究为分子设计育种提供了重要靶点。

　　

大豆作为重要的油料作物，其产量提升一直面临种植密度与倒伏风险的矛盾。在高密度种植条件下，植株为争夺光照资源会产生避荫反应(SAR)，导致茎秆徒长、节间伸长，最终引发倒伏。倒伏不仅造成机械收割困难，更会导致籽粒产量和品质下降。尽管前人已鉴定出Dt1、PH13等株型调控基因，但高密度条件下抗倒伏性状的遗传机制仍不明确。

为解决这一关键问题，沈阳农业大学谢甫绨团队在《Infection, Disease》发表研究，通过对338份纬度相近的大豆种质进行两年三点的表型鉴定，结合443万SNP的全基因组关联分析(GWAS)和转录组测序，系统解析了种植密度对株型性状的影响机制。研究采用多环境BLUP值分析、单倍型分型、WGCNA共表达网络构建等关键技术，特别关注了V7(营养生长期)和R4(结荚期)两个关键发育阶段。

在结果部分，研究首先揭示了密度对表型的显著影响：高密度(30万株/公顷)下株高(PH)、节数(NN)分别比低密度(15万株/公顷)增加3.32 cm和0.97个，而茎粗(SD)减少1.71 mm。通过GWAS鉴定到108个显著SNP，其中10号染色体上的SNP10_45307606同时关联PH、NN和PWB三个性状。单倍型分析发现，Glyma.10G221500(GI)基因的Hap1单倍型携带者具有更优的株型特征，其PH比Hap2低8.7 cm。

转录组分析显示，抗倒伏品种TD113中GI基因表达量显著高于易倒伏品种DD12。WGCNA将GI归入显著富集于"昼夜节律-植物"通路的turquoise模块。进一步分析表明，GI可能通过抑制开花促进因子FT同源基因Glyma.16G044100的表达，延长营养生长期从而影响株高发育。遗传多样性分析发现GI基因区域具有明显的选择清除信号，Tajima's D值显著低于侧翼区域，表明其在驯化过程中受到人工选择。

该研究的创新性在于首次揭示GI基因通过昼夜节律通路调控大豆株型的多效性机制。实践中，Glyma.10G221500的分子标记可用于高密度条件下的抗倒伏育种。理论上，研究为理解作物避荫反应与生物钟调控的协同进化提供了新视角。值得注意的是，10号染色体上SOL1与GI的紧密连锁可能构成一个调控株型的超级基因簇，这为后续研究指明了方向。