高油大豆品種合農75油分分子標記遺傳解析

李燦東，王志新，鄭 偉，趙海紅，張振宇，徐杰飛，郭美玲，郭 泰

(黑龍江省農業科學院佳木斯分院/國家大豆區域技術創新中心/ 國家大豆產業技術體系佳木斯綜合試驗站，黑龍江 佳木斯 154007)

大豆是重要的油料作物之一，產品主要用于榨油。大豆油在眾多植物油中占有重要地位，含有豐富全面的油脂營養成分[1]。全世界大豆油的生產量僅次于棕櫚油，位居所有油脂產品第二位，消費量占食用油總量的51.7%，且保持逐年穩定增長趨勢[2]。預計到2022年全球大豆油消費量將突破7 000萬t。中國是大豆油生產和消費大國，2017年大豆油消費量為1 655萬t，占全球大豆油總消費量的30.35%，中國大豆油主要來源于國內壓榨和直接進口，2018年全國大豆壓榨總量8 860.2萬t，其中進口大豆8 803.0萬t，國產大豆57.2萬t，因此國產大豆壓榨量比重極低[3]。原因主要有兩方面，一是國產大豆種植面積小、油用大豆生產總量不足，供需矛盾突出；二是國產大豆品種出油率低，一般在16%～17%之間(濕基)，較進口轉基因大豆出油率(19%～20%)低2～3個百分點。因此，選育及種植高油大豆品種是在有限大豆產量基礎上提高產油率的有效途徑[4]。

我國高油大豆品種及種植主要集中在北方，生產上油分含量突出、豐產性及適應性好的品種較少。合農75是黑龍江省高油主栽大豆品種，該品種是國家及黑龍江省兩級審定大豆品種，經農業部谷物及制品質量監督檢驗測試中心檢測分析，該品種國審油分平均含量23.40%，省審油分平均含量22.92%。油分含量較農業部規定的高油大豆(21.5%)標準高1.42～1.90個百分點，較進口轉基因大豆高2.0～2.5個百分點，較國產普通大豆高3～4個百分點[5]。此外，該品種省級生產試驗平均產量200.0 kg，較國內同類品種合豐25、合豐35、合豐50、合豐55、墾豐16、黑農48、綏農26等產量提高21.1～62.0 kg，較世界大豆平均產量提高35.3 kg；抗生產上3種主要病害(灰斑病、疫霉病和病毒病SMVⅠ號株系)，抗病性突出[6]。該品種屬于典型的高油、高產、多抗大豆品種，品種選育對我國油用大豆生產及大豆油生產加工具有重要意義[7]。合農75采用傳統雜交與分子設計育種相結合的方法，在親本綜合性狀聚合與油分含量特性精準選擇的基礎上，既遺傳了雙親的優良綜合性狀，又超親了油分含量。充分利用了母本合豐50油分含量突出的優勢及父本抗線4號抗病性突出的優異特性，創造出油分含量超過雙親的優良品種[8-10]。

近年來，關于大豆油分含量分子標記及基因定位研究報道逐漸增多，研究發現了大量的油分含量分子標記及QTL位點。姚丹等[11]利用F2群體對大豆油分含量進行QTL分析，共檢測到2個主效QTLs和2個微效QTLs；王囡囡[12]利用重組自交系群體確定6個QTL位點位于3條連鎖群上；寧海龍等[13]利用大豆四向重組自交系群體對油分含量進行QTL分析，共定位了39個油分含量QTLs，對表型效應的貢獻率為7.3%～25.68%。本研究選用的油分含量SSR分子標記來自何月鵬[14]、于志遠等[15]、葛振宇[16]、任君等[17]、姜振峰[18]、Leite[19]等關于大豆油分含量QTL定位研究，這些SSR分子標記穩定性好、重復率高、遺傳貢獻率較大，是重要的大豆油分含量分子標記。雖然大量油分含量分子標記被相繼報道，但目前仍然缺乏功能型分子標記，隨著功能基因組學的發展，期待大豆油分含量功能型分子標記被挖掘出來，實現分子輔助選擇及設計育種。本研究對已報道的高油分子標記，結合高油大豆品種合農75的分子標記遺傳解析，分離出高油基礎性分子標記、高油分子標記及高油潛力分子標記，為高油大豆品種或材料選育及資源鑒定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大豆品種合農75及其2個親本(母本合豐50和父本抗線4號)，均由黑龍江省農業科學院佳木斯分院大豆育種研究所提供。大豆油分含量相關SSR分子標記39個詳見表1。

1.2 試驗方法

將合農75及其2個親本分別種植于盆栽中，每品種3盆，每盆15株。待植株長到1～2片三出復葉時取葉片，每品種每盆取2～3片嫩綠新葉，液氮速凍置于-80 ℃低溫冰箱中，以備提取品種DNA，DNA提取采用CTAB法[20](表2)。以合農75及其2個親本品種的DNA為樣本，采用毛細管電泳方法檢測39個油分含量SSR分子標記的PCR片段長度。檢測由上海生工進行。

1.3 數據處理

利用Excel 2016軟件進行數據整理及計算，利用SPSS 17.0軟件進行方差分析。

表1 大豆油分含量SSR分子標記及文獻

表2 CTAB法提取DNA方法及步驟

2 結果與分析

2.1 大豆油分含量SSR分子標記PCR片段長度分析

對大豆39個油分含量SSR分子標記在合農75及其2個親本中進行PCR擴增，利用毛細管電泳技術檢測PCR片段長度情況。結果表明，在39個SSR分子標記中，合農75擴增片段長度與母本合豐50一致的分子標記有15個，其中有5個SSR標記在父本抗線4號中無擴增產物，其余10個SSR標記在抗線4號中有擴增產物，Satt 468和Satt 192兩個標記在抗線4號中PCR片段長度較低，在合豐50和合農75中PCR片段長度較高，片段長度差異達到顯著水平，Satt 179、Satt 510、Sat_194、Satt 353、Satt 358、Satt 364、Satt 396和Satt 442等10個分子標記在抗線4號中PCR片段長度較高，在合豐50和合農75中PCR片段長度較低，片段長度差異達到顯著水平；合農75擴增片段長度與父本抗線4號一致的分子標記有4個，且這些標記在合豐50中無擴增產物；有18個油分含量SSR分子標記在合農75及其2個親本中具有一致的PCR片段長度，有2個SSR分子標記僅在合豐50和抗線4號中具有PCR片段長度，在合農75中無片段長度(表3)。

2.2 油分含量SSR分子標記遺傳分析

如圖1所示，有15個油分含量SSR分子標記在合農75和合豐50間具有一致的PCR片段長度，表明這些標記是合農75和母本合豐50共同存在的，是合農75遺傳于母本的油分含量分子標記，遺傳貢獻率為38.46%；有4個油分含量SSR分子標記在合農75和抗線4號間具有一致的PCR片段長度，表明這些標記是合農75和父本抗線4號共同存在的，是合農75遺傳于父本的油分含量分子標記，遺傳貢獻率為10.26%；有18個SSR分子標記在合農75及其親本間均具有一致的PCR片段長度，表明這些標記是合農75共同遺傳于雙親的油分含量分子標記，遺傳貢獻率為46.15%；另有2個分子標記僅在2個親本中具有PCR片段長度，在合農75中無擴增產物，比率為5.13%。因此，在本研究39個油分含量SSR分子標記中，合農75遺傳于母本合豐50的標記數量為33個，遺傳貢獻率為84.62%；合農75遺傳于父本抗線4號的標記數量為22個，遺傳貢獻率為56.41%；合農75共同遺傳于雙親標記數量為18個，遺傳貢獻率為46.15%(表4)。

表3 油分含量SSR分子標記在合農75及親本中PCR片段長度及遺傳情況

圖1 合農75及親本間油分含量SSR分子 標記一致性分析

表4 油分含量SSR分子標記在合農75及親本中的累計遺傳貢獻率

3 討 論

研究結果表明，同時遺傳自2個親本的高油SSR分子標記有18個，這些標記在親本和子代中同時存在，屬于油分含量基礎性分子標記。品種或材料含有這些標記不代表油分含量一定高，但油分含量高的品種或材料普遍含有這些基礎性標記，含有這些分子標記是具備高油特性必要條件。研究結果中，合農75僅遺傳于母本合豐50的SSR分子標記有15個，這些分子標記在父本抗線4號中不存在，是合農75定向遺傳于母本的高油分子標記，由于合豐50具有高油特性(22.57%)，因此合農75遺傳于母本的高油分子標記屬于高油分子標記，是大豆品種或材料高油特性應具備的分子標記。另外，合農75僅遺傳于父本抗線4號的SSR分子標記有4個，這些分子標記在母本中不存在，是合農75定向遺傳于父本的分子標記，雖然父本油分含量并不突出，但這些標記與母本合豐50高油標記具有基因累加與聚合的作用，從而使得子代合農75油分含量超親(23.40%)。因此，雙親油分含量分子標記及基因的聚合是合農75油分含量突出的主要原因。

本研究對高油大豆品種或材料創新及親本選擇具有一定的理論指導意義。在配制雜交組合方面，母本應具備高油特性及含有高油分子標記，可以利用本研究獲得的15個高油分子標記進行篩選鑒定，保證親本具有高油特性，父本不要求油分含量突出，但要包含具有高油潛力的分子標記，利用本研究獲得的4個高油標記進行篩選鑒定，與母本高油分子標記產生基因累加與聚合效應，從而使后代群體分離出具有高油特性的材料，利用分子標記輔助選擇對后代材料進行篩選及鑒定，在低世代對群體龐大的材料進行提前鑒定，規避了常規選擇的盲目性及漏掉高油優異材料，使得選擇更有針對性，大大提高選擇效率及選擇準確性，實現了分子標記選擇育種。在高油材料分子鑒定中，本研究結果具有一定理論依據。利用15個高油SSR分子標記可實現資源材料高油特性鑒定，利用4個高油潛力SSR分子標記可實現對具有高油潛力資源材料的篩選及鑒定。本研究針對已報道的高油分子標記，結合高油大豆品種合農75的分子標記遺傳解析，分離出高油基礎性分子標記、高油分子標記及高油潛力分子標記，為高油大豆品種或材料選育及資源鑒定提供理論依據。

4 結 論

有15個SSR標記在合農75與母本合豐50間具有一致PCR片段長度，遺傳率為38.46%，這些標記屬于高油分子標記；有4個SSR標記在合農75與父本抗線4號間具有一致PCR片段長度，遺傳率為10.26%，這些標記屬于高油潛力分子標記；有18個SSR標記在子代與雙親間共同存在，遺傳率為46.15%，這些標記屬于高油基礎性分子標記。合農75遺傳于母本合豐50的標記數量為33個，遺傳貢獻率為84.62%；合農75遺傳于父本抗線4號的標記數量為22個，遺傳貢獻率為56.41%；合農75共同遺傳于雙親標記數量為18個，遺傳貢獻率為46.15%。