東北地理所在東北大豆油脂和蛋白含量優(yōu)異單倍型發(fā)掘方面取得進展
大豆（Glycine max (L.) Merr.）是我國重要的經(jīng)濟作物和糧油兼用作物，其種子油脂含量（SOC）和蛋白質(zhì)含量（SPC）是決定其經(jīng)濟價值的關(guān)鍵性狀，不僅為人類提供優(yōu)質(zhì)食用油和植物蛋白，還廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和畜牧養(yǎng)殖。然而，東北大豆普遍存在高油脂、低蛋白的特性，且油脂和蛋白質(zhì)含量呈顯著負相關(guān)，這給常規(guī)育種同時改良兩個性狀帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此，解析東北大豆油脂和蛋白含量的遺傳基礎(chǔ)，發(fā)掘相關(guān)優(yōu)異單倍型和候選基因，對通過分子育種技術(shù)培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)大豆新品種具有重要意義。
近日，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設(shè)計育種重點實驗室馮獻忠研究員團隊，針對東北大豆油脂和蛋白含量的遺傳調(diào)控機制開展深入研究。團隊利用340份中國不同產(chǎn)區(qū)的大豆種質(zhì)資源，在長春和九臺兩個地點的四個環(huán)境下開展田間試驗，采用全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）、單倍型分析、QTL定位和候選基因篩選相結(jié)合的綜合基因組學(xué)策略，系統(tǒng)解析了東北大豆油脂和蛋白含量的遺傳結(jié)構(gòu)。通過對多環(huán)境表型數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，鑒定出105個與油脂含量顯著關(guān)聯(lián)的SNPs和59個與蛋白質(zhì)含量顯著關(guān)聯(lián)的SNPs，其中3個SNPs同時調(diào)控兩個性狀且效應(yīng)方向一致。研究還發(fā)現(xiàn)15個單倍型塊，其等位基因數(shù)在2-4個之間，分別調(diào)控油脂含量（16.68-21.15%）和蛋白質(zhì)含量（38.63-42.69%）的表型變異。
340份大豆種質(zhì)中SOC與SPC性狀值比較及相關(guān)性分析
基于連鎖不平衡分析界定的基因組區(qū)間，團隊共鑒定出17個穩(wěn)定QTL位點，其中qSOC1、qSPC1、qSOC9、qSOC_SPC15.1和qSOC_SPC15.2為首次報道的新位點。通過功能注釋、轉(zhuǎn)錄組分析、序列變異檢測和單倍型分析等多輪篩選，從17個QTL區(qū)間的353個基因中，優(yōu)先篩選出80個調(diào)控油脂、蛋白含量的候選基因，這些基因的單倍型等位基因數(shù)在2-8個之間，可使油脂含量在15.98-21.23%、蛋白質(zhì)含量在37.69%-43.30%范圍內(nèi)變化。進一步研究發(fā)現(xiàn)，其中12個基因在高低緯度大豆群體中存在明顯的分化選擇特征，它們通過調(diào)控甾醇合成、氨基酸運輸?shù)汝P(guān)鍵代謝過程，塑造了東北大豆獨特的品質(zhì)特性，是解釋不同緯度大豆油脂和蛋白含量差異的核心基因。該研究不僅揭示了東北大豆油脂和蛋白含量的復(fù)雜遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，還提供了一批可直接用于分子育種的穩(wěn)定QTL、優(yōu)異單倍型和候選基因，為打破油脂和蛋白質(zhì)含量的負相關(guān)關(guān)系、培育兼顧高油高蛋白的東北大豆新品種提供了重要基因資源和技術(shù)支撐。
研究成果近期發(fā)表在植物學(xué)國際期刊Frontiers in Plant Science 上。東北地理所卜默然博士為第一作者，馮獻忠研究員和Javaid Akhter Bhat副研究員為共同通訊作者。研究得到三江實驗室項目（SJ2025003）、國家生物育種重大專項（2023ZD04032）、國家自然科學(xué)基金（32488102、U21A20215）和吉林省重點項目（2025JLGJ0009NC）等聯(lián)合資助。
論文信息：
Moran Bu, Ye Zhang, Weitao Xu, Yanhua Li, Hui Yu, Yaohua Zhang, Suxin Yang, Javaid Akhter Bhat and Xianzhong Feng. Genome-wide detection of superior haplotypes for seed oil and protein content in Northeast China soybean (Glycine max L.) germplasm. Frontiers in Plant Science, 2026, 17:1767299.
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