大豆叶形数量性状位点鉴定与候选基因挖掘研究

《BMC Plant Biology》：GWAS combined with TWAS reveals the QTLs and putative candidate genes associated with leaflet shape-associated traits in soybean (Glycine max (L.) Merr.)

　　

摘要

背景

叶形对大豆的光截获和产量具有关键影响。鉴于叶片在不同遗传背景和环境条件下表现出的自然表型变异，鉴定与叶片位置相关的数量性状位点（QTLs）对于阐明叶片发育的遗传基础以及加速具有理想株型的大豆品种育种选择至关重要。

方法

本研究构建了多地点关联群体用于全基因组关联分析（GWAS）和转录组关联分析（TWAS）：GWAS采用1062份（2019年荆州）和1161份（2020年北京）材料，TWAS采用285份（2019年荆州）和231份（2020年北京）材料。

结果

共检测到六个QTLs：第3染色体（40534981–40825558）上新鉴定的一个独立关联信号，调控第四上节位（4 S）侧小叶宽度（LW）和小叶长宽比（LLWR）；第19染色体（44522754–45100493）上的一个热点区域，调控第四（4 S）和第五（5 S）上节位侧小叶的LW、LLWR和小叶面积（LA）；以及第20染色体（35784232–36559289）上的一个区间，包含已表征基因Ln，该基因调控第四和第五上节位侧小叶（4 S, 5 S）和顶小叶（4 M, 5 M）的LLWR。通过整合基因表达谱和单倍型分析，预测了四个GWAS来源基因（Glyma.03G196600、Glyma.03G196700、Glyma.19G193700和Glyma.19G194600）为调控小叶形状的潜在候选基因。通过TWAS整合转录组变异和单倍型分析，进一步鉴定了两个与LLWR呈提示性关联的额外候选基因（Glyma.05G019900和Glyma.20G119400）。

结论

本研究增进了我们对控制大豆小叶形状的遗传基础的理解，并为以理想大豆株型为目标的分子育种提供了宝贵的基因资源和理论见解。