1、吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所-伴大豆球蛋白伴大豆球蛋白亞基濃度升高的分亞基濃度升高的分子標記輔助選擇子標記輔助選擇及其對大豆農藝和種子性狀的影響及其對大豆農藝和種子性狀的影響吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所匯報內容研究背景及目的研究背景及目的1材料與方法材料與方法2結論與討論結論與討論3啟示啟示4吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的 -伴大豆球蛋白是大豆的主要貯藏蛋白，在商業大豆伴大豆球蛋白是大豆的主要貯藏蛋白，在商業大豆品種中其占大豆總蛋白含量的品種中其占大豆總蛋白含量的25%(Nielsen e

2、t al., 1989)。 -伴大豆球蛋白包含伴大豆球蛋白包含3個主要亞基：個主要亞基：， 和和 45%35%20%31%40%29%Jenkinson (2009)報道了報道了亞基濃度升高亞基濃度升高（EAP）的大豆品種）的大豆品種 孟山都公司發現了孟山都公司發現了 -伴大豆球蛋伴大豆球蛋白在正常水平，白在正常水平，亞基濃度高于亞基濃度高于 亞基亞基的大豆品種的大豆品種( (BringeBringe and and JenkinsonJenkinson, 2009; , 2009; JenkinsonJenkinson, 2009, 2011), 2009, 2011)。吉林省農業科學院大豆

3、研究所吉林省農業科學院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的凝膠特性凝膠特性健康飲食健康飲食抗癌抗癌降脂降脂 EAPEAP及及 - -伴大伴大豆球蛋白升高的豆球蛋白升高的大豆品種能夠提大豆品種能夠提高蛋白的功能屬高蛋白的功能屬性，有益于消費性，有益于消費者的健康者的健康。Rickert等等(2004)發現發現富集于富集于-伴大豆球蛋白伴大豆球蛋白中的大豆蛋白有優越的中的大豆蛋白有優越的凝膠特性，乳化性增進，凝膠特性，乳化性增進，穩定性增加。穩定性增加。高高-伴大豆球蛋白的飲食伴大豆球蛋白的飲食可導致總膽固醇，甘油三可導致總膽固醇，甘油三酯和胰島素的降低，抑制酯和胰島素的降低，抑制動脈粥

4、樣硬化的發展動脈粥樣硬化的發展 以以及減少內臟脂肪升高導致及減少內臟脂肪升高導致的肥胖的肥胖體外實驗顯示體外實驗顯示-伴大伴大豆球蛋白的蛋白質成豆球蛋白的蛋白質成分可以抑制白血病細分可以抑制白血病細胞的生長，胞的生長，富含富含亞基和亞基和亞基的亞基的 -伴大豆球蛋白抑制伴大豆球蛋白抑制脂肪酸合酶的活動，脂肪酸合酶的活動，可減少潛在致癌脂類可減少潛在致癌脂類的合成。的合成。有報道顯示提純的有報道顯示提純的-伴大伴大豆球蛋白豆球蛋白亞基能夠降低亞基能夠降低脂肪和甘油三酯的含量，脂肪和甘油三酯的含量，對低密度脂蛋白受體起下對低密度脂蛋白受體起下調作用。調作用。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學

5、院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的 EAP（ 亞基濃度提高亞基濃度提高）性狀檢測性狀檢測孟山都公司開發孟山都公司開發的的兩個兩個SNP定位在定位在20號染色體，號染色體，與第與第I連鎖群編碼亞基的連鎖群編碼亞基的Cgy2,3基因鏈鎖。基因鏈鎖。在在20號染色體上號染色體上(LGI)物物理距離為理距離為2.5 kb 在在GenBank上編碼上編碼-伴伴大豆球蛋白的亞基，基大豆球蛋白的亞基，基因登錄號為因登錄號為AB051865SDS-PAGE目前還是昂目前還是昂貴且耗時的檢測蛋白質成貴且耗時的檢測蛋白質成分的方法分的方法。使用分子標記輔助選擇使用分子標記輔助選擇EAP性狀可用減少必

6、需性狀可用減少必需采用采用SDS-PAGE檢測蛋檢測蛋白質成分的群體規模白質成分的群體規模。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的本研究的本研究的首要目標首要目標是評估這兩個是評估這兩個SNP標記在標記在分離群體中區分個體分離群體中區分個體EAP和和NAP性狀的有效性狀的有效性。性。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的大豆球蛋白是大豆主要的貯藏蛋白，占大豆總蛋白含量的大豆球蛋白是大豆主要的貯藏蛋白，占大豆總蛋白含量的40%。包含包含5個主要基因，個主要基因，Gy1至至Gy5：基因基因Gy1 和

7、和 Gy2緊密連鎖并共同遺傳，而基因緊密連鎖并共同遺傳，而基因Gy3，Gy4，Gy5是獨立遺傳的是獨立遺傳的(Cho et al., 1989; Nielsen et al., 1989; Beilinson et al., 2002)。5個主要基因編碼個主要基因編碼5個由二硫鍵連接的酸性的個由二硫鍵連接的酸性的(A)和基礎的和基礎的(B)亞基：亞基：A1aB2, A2B1a, A1bB1b, A5A4B3和和A3B4 (Cho et al., 1989; Nielsen et al., 1989)。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的 日本

8、的研究者日本的研究者培育了一個大培育了一個大豆球蛋白含量豆球蛋白含量為為0%且且-伴伴大豆球蛋白約大豆球蛋白約占占45%的大豆的大豆品系品系B2G2，具有具有5個個Gy基基因位點的隱性因位點的隱性等位基因。等位基因。 gy1,2和和gy3的的等位基因發現等位基因發現于于射線輻射射線輻射處理后的大豆處理后的大豆品系中。品系中。 (Yagasaki et al., 1996)20%的日本自的日本自然種質中存在然種質中存在gy4的等位基的等位基因因。(Kitamura et al., 1984) Yagasaki（1996）在野生）在野生大豆大豆(Glycine soja Siebold &

9、 Zucc.)材料材料的篩選中發現的篩選中發現了了gy5 等位基等位基因因。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的 孟山都公司的孟山都公司的Wu 等（等（2007）發現了關于）發現了關于gy等位等位基因的專利基因的專利SNP分子標記。分子標記。 gy1等位基因等位基因NS0199008代表代表 gy2等位基因等位基因NS0199002代表代表 gy3等位基因等位基因NS0199010代表代表 gy4等位基因等位基因NS0199003代表代表 gy5等位基因等位基因5個未命名的個未命名的SNP代表代表吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆

10、研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的 Jenkinson 和和 Fehr (2010)采用采用B2G2與傳統大豆與傳統大豆品系雜交配制了品系雜交配制了5個分離群體。衍生出個分離群體。衍生出8個基因型個基因型的品系，包含的品系，包含5個個Gy基因位點上不同的野生型和基因位點上不同的野生型和突變型等位基因組合突變型等位基因組合。Gy1,2 ，Gy3 ，Gy4 ，Gy5 Gy1,2 ，Gy3 ，gy4， gy5 Gy1,2 ，gy3 ，gy4 ，Gy5 Gy1,2 ，gy3 ，gy4 ，gy5 gy1,2 ，Gy3 ，Gy4 ，Gy5 gy1,2 ，Gy3 ，gy4 ，gy5 gy1,2 ，g

11、y3 ，gy4 ，Gy5 gy1,2 ，gy3 ，gy4 ，gy5gy1,2 Gy3 gy4 Gy5 極大的極大的影響影響影響影響最小最小影響影響中等中等有最高的有最高的-伴大豆伴大豆球蛋白濃球蛋白濃度且無大度且無大豆球蛋白豆球蛋白每個每個gy等位基因不同等位基因不同程度地影響程度地影響-伴大豆伴大豆球蛋白和大豆球蛋白球蛋白和大豆球蛋白的總體水平。的總體水平。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所目前的研究沒有關于在結合改進大豆球目前的研究沒有關于在結合改進大豆球蛋白含量的等位基因時蛋白含量的等位基因時EAP性狀影響大性狀影響大豆品系農藝性狀和種子成分的報道。豆品系農藝性狀和種子

12、成分的報道。一、研究背景一、研究背景及目的及目的本研究的本研究的第二個目標第二個目標是使用是使用Gy3和和Gy5野生型野生型等位基因確定其對農藝性狀及種子成分的影等位基因確定其對農藝性狀及種子成分的影響。響。本研究的本研究的第三個目標第三個目標是評估結合了是評估結合了gy1,2, Gy3, gy4, Gy5; gy1,2, Gy3, gy4, gy5; gy1,2, gy3, gy4, Gy5; 和和gy1,2, gy3, gy4, gy5等大等大豆球蛋白等位基因型的豆球蛋白等位基因型的EAP和和NAP性狀品系。性狀品系。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所二、材料與方法 4個

13、個EAP性狀分離群體性狀分離群體 Gy3和和Gy5大豆球蛋白等位基因位點（緊密連鎖大豆球蛋白等位基因位點（緊密連鎖的的SNP標記）（標記）（Wu et al.,2007) EAP相關標記（相關標記（2個個SNP）（）（Jenkinson，2009，2011）gy1,2, Gy3, gy4, gy5 gy1,2, gy3, gy4, Gy5F0熟期、產量熟期、產量F2F2:3F3:4F3:5F1EAP/NAP（2個個SNP）4個大豆球蛋白基因型個大豆球蛋白基因型SDS-PAGE數據數據2009.07 Huxley,IAEAP(MV0121, MV0122)NAP(MV0119,MV0120)An

14、keny, IA 一株一葉打孔一株一葉打孔SNP SNP （Gy3 Gy3 和和 Gy5Gy5）確定雜合基因型）確定雜合基因型 DNAAnkeny, IA 每群體每群體38643864份份打孔取樣打孔取樣 96孔板孔板(ABgene) 8 8個基因型個基因型目目標標1目目標標2目目標標3每每lineslines取取1 1株株8 8粒粒品品種種選選擇擇依依據據2009.10 Isabela, PR.2010.02 Isabela, PR 2010.05 Huxley,IA2010.11 Rancagua, Chile 2011.5-6 三地，三地，2 2次重復次重復蛋白、油份蛋白、油份小區聯合收

15、割機小區聯合收割機近紅外近紅外30308 8四四（188+4+2)四四2淘汰淘汰Gy3 Gy3 和和Gy5Gy5位點分子標記位點分子標記選擇結果和選擇結果和SDS-PAGE SDS-PAGE 結果結果不一致的品系不一致的品系 25258 8四四SASSAS version 9.2version 9.2 GLM GLM技術路線技術路線 位于第位于第2020條染色體（條染色體（LGILGI），與），與 亞亞基相關的，與基相關的，與Cgy2,3Cgy2,3基因連鎖基因連鎖 （JenkinsonJenkinson，20092009，20112011）。）。 第一個第一個SNPSNP序列序列IDID為為

16、1111號，正向引號，正向引物序列物序列 5-5-CTTGCTTACAAATTCCTCCAACTAAA-CTTGCTTACAAATTCCTCCAACTAAA-3 3 ，反向引物序列為，反向引物序列為5-5-GCTTAAGAACAACCGAGAGCTTTT-GCTTAAGAACAACCGAGAGCTTTT-33。 第二個第二個SNPSNP序列序列IDID為為1515號，號，forwardforward引物序列引物序列5-5-CATGAACTGTGATTACATATTCTTTTCATGAACTGTGATTACATATTCTTTTGC-3 GC-3 ，reverse reverse 引物序列為引物序

17、列為5-5-GCTGCCGAACATGATGGTTA-3GCTGCCGAACATGATGGTTA-3。 SNP SNP側翼序列在側翼序列在 Jenkinson (2011)Jenkinson (2011)申請申請的專利上。的專利上。 對于第對于第1111號號SNPSNP標記，標記，EAPEAP性狀核苷性狀核苷酸堿基為酸堿基為C C，NAPNAP性狀核苷酸堿基為性狀核苷酸堿基為T T。 對于第對于第1515號號SNPSNP標記，標記，EAPEAP性狀核苷性狀核苷酸堿基為酸堿基為C C，NAPNAP性狀核苷酸堿基為性狀核苷酸堿基為A A。 為將為將F2F2植株分為植株分為EAPEAP和和NAP N

18、AP 類型，兩類型，兩SNPSNP標記結果為標記結果為CC-CCCC-CC的個體考慮為的個體考慮為EAP EAP 型，兩型，兩SNPSNP標記結果為標記結果為TT-AATT-AA的個體考慮的個體考慮為為NAP NAP 型。型。 gy1,2, Gy3, gy4, Gy5 gy1,2, Gy3, gy4, gy5gy1,2, gy3, gy4, Gy5gy1,2, gy3, gy4, gy5 例如，例如，Jenkinson and Fehr (2010)報道，報道，基因型基因型gy1,2, Gy3, gy4, gy5的品系沒有的品系沒有A3亞基，基因型亞基，基因型gy1,2, gy3, gy4,

19、Gy5的品系的品系沒有沒有A124亞基。亞基。 如果如果2011年農藝評價中在基因型年農藝評價中在基因型gy1,2, Gy3, gy4, gy5的品系中檢測到的品系中檢測到A3 亞基，該亞基，該品系淘汰。品系淘汰。Huxley, IA（19/5） Coland 粘壤土；粘壤土；Bloomington, IL（20/5）Tama粉砂壤土；粉砂壤土；Findlay, OH （3/6） Hoytville 粘土粘土每地每處理雙行種植，行長每地每處理雙行種植，行長4.5m，壟距壟距76cm，24粒粒/m吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所三、結論與討論三、結論與討論采用采用MAS對對E

20、AP和和NAP性狀進性狀進行分型取得了部分成功。通過比行分型取得了部分成功。通過比較較4個群體個群體4個球蛋白基因型的共個球蛋白基因型的共16個類型的個類型的EAP和和NAP類型，類型，驗驗證了證了MAS選擇的有效性選擇的有效性。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所 使用使用SNP標記標記11號和號和15號并不能完全預測號并不能完全預測EAP性狀類型，但可以性狀類型，但可以有效的減少有效的減少需要使用需要使用SDS-PAGE進行分析的樣本數。進行分析的樣本數。三、結論與討論三、結論與討論吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所BARC-025847-05113BAR

21、C-030259-06840BARC-020019-04403BARC-017939-02461BARCSOYSSR_20_1012BARCSOYSSR_20_0935 EAP品系品系NAP品種品種/品品系系EAP親本親本NAP親本親本三、結論與討論三、結論與討論吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所三、結論與討論三、結論與討論2011年田間檢測衍生的年田間檢測衍生的8個個類型的類型的18棵棵F3植株的植株的SDS-PAGE數據評價了數據評價了EAP性狀性狀在蛋白組成上的影響。在蛋白組成上的影響。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所吉林省

22、農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所三、結論與討論三、結論與討論這些結果表明開發種子產量、成熟期和油這些結果表明開發種子產量、成熟期和油份蛋白含量與份蛋白含量與NAP型相當的伴隨任何大豆球型相當的伴隨任何大豆球蛋白基因型的蛋白基因型的EAP品種應該是可能的。品種應該是可能的。吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所吉林省農業科學院大豆研究所三、結論與討論三、結論與討論本研究對本研究對2/6類，類，3/7類和類和4/8類類3個基因型在個基因型在4個性個性狀上的研究結果與狀上的研究結果與Jenkinson和和Fehr (2010)對相同對相同3個基因型的結果一致。個基因型的結果一致。這些結果表明開發種子產量這些結果表明開發種子產量,成熟度成熟度,蛋白質和油的蛋白質和油的含量相似的任意四個大豆球蛋白基因型的某種基因含量相似的