β-伴大豆球蛋白α′亚基浓度升高的分子标记辅助选择及其对大豆农艺和种子性状的影响课件.ppt

1、吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所-伴大豆球蛋白伴大豆球蛋白亚基浓度升高的分亚基浓度升高的分子标记辅助选择子标记辅助选择及其对大豆农艺和种子性状的影响及其对大豆农艺和种子性状的影响吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所汇报内容研究背景及目的研究背景及目的1材料与方法材料与方法2结论与讨论结论与讨论3启示启示4吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所一、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贮藏蛋白，在商业大豆伴大豆球蛋白是大豆的主要贮藏蛋白，在商业大豆品种中其占大豆总蛋白含量的品种中其占大豆总蛋白含量的25%(Nielsen e

2、t al., 1989)。 -伴大豆球蛋白包含伴大豆球蛋白包含3个主要亚基：个主要亚基：， 和和 45%35%20%31%40%29%Jenkinson (2009)报道了报道了亚基浓度升高亚基浓度升高（EAP）的大豆品种）的大豆品种 孟山都公司发现了孟山都公司发现了 -伴大豆球蛋伴大豆球蛋白在正常水平，白在正常水平，亚基浓度高于亚基浓度高于 亚基亚基的大豆品种的大豆品种( (BringeBringe and and JenkinsonJenkinson, 2009; , 2009; JenkinsonJenkinson, 2009, 2011), 2009, 2011)。吉林省农业科学院大豆

3、研究所吉林省农业科学院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的凝胶特性凝胶特性健康饮食健康饮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种能够提大豆品种能够提高蛋白的功能属高蛋白的功能属性，有益于消费性，有益于消费者的健康者的健康。Rickert等等(2004)发现发现富集于富集于-伴大豆球蛋白伴大豆球蛋白中的大豆蛋白有优越的中的大豆蛋白有优越的凝胶特性，乳化性增进，凝胶特性，乳化性增进，稳定性增加。稳定性增加。高高-伴大豆球蛋白的饮食伴大豆球蛋白的饮食可导致总胆固醇，甘油三可导致总胆固醇，甘油三酯和胰岛素的降低，抑制酯和胰岛素的降低，抑制动脉粥

4、样硬化的发展动脉粥样硬化的发展 以以及减少内脏脂肪升高导致及减少内脏脂肪升高导致的肥胖的肥胖体外实验显示体外实验显示-伴大伴大豆球蛋白的蛋白质成豆球蛋白的蛋白质成分可以抑制白血病细分可以抑制白血病细胞的生长，胞的生长，富含富含亚基和亚基和亚基的亚基的 -伴大豆球蛋白抑制伴大豆球蛋白抑制脂肪酸合酶的活动，脂肪酸合酶的活动，可减少潜在致癌脂类可减少潜在致癌脂类的合成。的合成。有报道显示提纯的有报道显示提纯的-伴大伴大豆球蛋白豆球蛋白亚基能够降低亚基能够降低脂肪和甘油三酯的含量，脂肪和甘油三酯的含量，对低密度脂蛋白受体起下对低密度脂蛋白受体起下调作用。调作用。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学

5、院大豆研究所一、研究背景一、研究背景及目的及目的 EAP（ 亚基浓度提高亚基浓度提高）性状检测性状检测孟山都公司开发孟山都公司开发的的两个两个SNP定位在定位在20号染色体，号染色体，与第与第I连锁群编码亚基的连锁群编码亚基的Cgy2,3基因链锁。基因链锁。在在20号染色体上号染色体上(LGI)物物理距离为理距离为2.5 kb 在在GenBank上编码上编码-伴伴大豆球蛋白的亚基，基大豆球蛋白的亚基，基因登录号为因登录号为AB051865SDS-PAGE目前还是昂目前还是昂贵且耗时的检测蛋白质成贵且耗时的检测蛋白质成分的方法分的方法。使用分子标记辅助选择使用分子标记辅助选择EAP性状可用减少必

6、需性状可用减少必需采用采用SDS-PAGE检测蛋检测蛋白质成分的群体规模白质成分的群体规模。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所一、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标首要目标是评估这两个是评估这两个SNP标记在标记在分离群体中区分个体分离群体中区分个体EAP和和NAP性状的有效性状的有效性。性。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所一、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贮藏蛋白，占大豆总蛋白含量的大豆球蛋白是大豆主要的贮藏蛋白，占大豆总蛋白含量的40%。包含包含5个主要基因，个主要基因，Gy1至至Gy5：基因基因Gy1 和

7、和 Gy2紧密连锁并共同遗传，而基因紧密连锁并共同遗传，而基因Gy3，Gy4，Gy5是独立遗传的是独立遗传的(Cho et al., 1989; Nielsen et al., 1989; Beilinson et al., 2002)。5个主要基因编码个主要基因编码5个由二硫键连接的酸性的个由二硫键连接的酸性的(A)和基础的和基础的(B)亚基：亚基：A1aB2, A2B1a, A1bB1b, A5A4B3和和A3B4 (Cho et al., 1989; Nielsen et al., 1989)。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所一、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个大培育了一个大豆球蛋白含量豆球蛋白含量为为0%且且-伴伴大豆球蛋白约大豆球蛋白约占占45%的大豆的大豆品系品系B2G2，具有具有5个个Gy基基因位点的隐性因位点的隐性等位基因。等位基因。 gy1,2和和gy3的的等位基因发现等位基因发现于于射线辐射射线辐射处理后的大豆处理后的大豆品系中。品系中。 (Yagasaki et al., 1996)20%的日本自的日本自然种质中存在然种质中存在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 & Zuc

9、c.)材料材料的筛选中发现的筛选中发现了了gy5 等位基等位基因因。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所一、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）发现了关于）发现了关于gy等位等位基因的专利基因的专利SNP分子标记。分子标记。 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个未命名的个未命名的SNP代表代表吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所一

10、、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与传统大豆与传统大豆品系杂交配制了品系杂交配制了5个分离群体。衍生出个分离群体。衍生出8个基因型个基因型的品系，包含的品系，包含5个个Gy基因位点上不同的野生型和基因位点上不同的野生型和突变型等位基因组合突变型等位基因组合。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 ，gy3 ，

11、gy4 ，Gy5 gy1,2 ，gy3 ，gy4 ，gy5gy1,2 Gy3 gy4 Gy5 极大的极大的影响影响影响影响最小最小影响影响中等中等有最高的有最高的-伴大豆伴大豆球蛋白浓球蛋白浓度且无大度且无大豆球蛋白豆球蛋白每个每个gy等位基因不同等位基因不同程度地影响程度地影响-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总体水平。的总体水平。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所目前的研究没有关于在结合改进大豆球目前的研究没有关于在结合改进大豆球蛋白含量的等位基因时蛋白含量的等位基因时EAP性状影响大性状影响大豆品系农艺性状和种子成分的报道。豆品系农艺性状和种子成分的报

12、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个目标第二个目标是使用是使用Gy3和和Gy5野生型野生型等位基因确定其对农艺性状及种子成分的影等位基因确定其对农艺性状及种子成分的影响。响。本研究的本研究的第三个目标第三个目标是评估结合了是评估结合了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性状品系。性状品系。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所二、材料与方法 4个个EAP

13、性状分离群体性状分离群体 Gy3和和Gy5大豆球蛋白等位基因位点（紧密连锁大豆球蛋白等位基因位点（紧密连锁的的SNP标记）（标记）（Wu et al.,2007) EAP相关标记（相关标记（2个个SNP）（）（Jenkinson，2009，2011）gy1,2, Gy3, gy4, gy5 gy1,2, gy3, gy4, Gy5F0熟期、产量熟期、产量F2F2:3F3:4F3:5F1EAP/NAP（2个个SNP）4个大豆球蛋白基因型个大豆球蛋白基因型SDS-PAGE数据数据2009.07 Huxley,IAEAP(MV0121, MV0122)NAP(MV0119,MV0120)Ankeny

14、, IA 一株一叶打孔一株一叶打孔SNP SNP （Gy3 Gy3 和和 Gy5Gy5）确定杂合基因型）确定杂合基因型 DNAAnkeny, IA 每群体每群体38643864份份打孔取样打孔取样 96孔板孔板(ABgene) 8 8个基因型个基因型目目标标1目目标标2目目标标3每每lineslines取取1 1株株8 8粒粒品品种种选选择择依依据据2009.10 Isabela, PR.2010.02 Isabela, PR 2010.05 Huxley,IA2010.11 Rancagua, Chile 2011.5-6 三地，三地，2 2次重复次重复蛋白、油份蛋白、油份小区联合收割机小区

15、联合收割机近红外近红外30308 8四四（188+4+2)四四2淘汰淘汰Gy3 Gy3 和和Gy5Gy5位点分子标记位点分子标记选择结果和选择结果和SDS-PAGE SDS-PAGE 结果结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技术路线技术路线 位于第位于第2020条染色体（条染色体（LGILGI），与），与 亚亚基相关的，与基相关的，与Cgy2,3Cgy2,3基因连锁基因连锁 （JenkinsonJenkinson，20092009，20112011）。）。 第一个第一个SNPSNP序列序列IDID为为1111

16、号，正向引号，正向引物序列物序列 5-5-CTTGCTTACAAATTCCTCCAACTAAA-CTTGCTTACAAATTCCTCCAACTAAA-3 3 ，反向引物序列为，反向引物序列为5-5-GCTTAAGAACAACCGAGAGCTTTT-GCTTAAGAACAACCGAGAGCTTTT-33。 第二个第二个SNPSNP序列序列IDID为为1515号，号，forwardforward引物序列引物序列5-5-CATGAACTGTGATTACATATTCTTTTCATGAACTGTGATTACATATTCTTTTGC-3 GC-3 ，reverse reverse 引物序列为引物序列为5-

17、5-GCTGCCGAACATGATGGTTA-3GCTGCCGAACATGATGGTTA-3。 SNP SNP侧翼序列在侧翼序列在 Jenkinson (2011)Jenkinson (2011)申请申请的专利上。的专利上。 对于第对于第1111号号SNPSNP标记，标记，EAPEAP性状核苷性状核苷酸碱基为酸碱基为C C，NAPNAP性状核苷酸碱基为性状核苷酸碱基为T T。 对于第对于第1515号号SNPSNP标记，标记，EAPEAP性状核苷性状核苷酸碱基为酸碱基为C C，NAPNAP性状核苷酸碱基为性状核苷酸碱基为A A。 为将为将F2F2植株分为植株分为EAPEAP和和NAP NAP 类

18、型，两类型，两SNPSNP标记结果为标记结果为CC-CCCC-CC的个体考虑为的个体考虑为EAP EAP 型，两型，两SNPSNP标记结果为标记结果为TT-AATT-AA的个体考虑的个体考虑为为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)报道，报道，基因型基因型gy1,2, Gy3, gy4, gy5的品系没有的品系没有A3亚基，基因型亚基，基因型gy1,2, gy3, gy4, Gy5的

19、品系的品系没有没有A124亚基。亚基。 如果如果2011年农艺评价中在基因型年农艺评价中在基因型gy1,2, Gy3, gy4, gy5的品系中检测到的品系中检测到A3 亚基，该亚基，该品系淘汰。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 粘土粘土每地每处理双行种植，行长每地每处理双行种植，行长4.5m，垄距垄距76cm，24粒粒/m吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所三、结论与讨论三、结论与讨论采用采用MAS对对EAP和和

20、NAP性状进性状进行分型取得了部分成功。通过比行分型取得了部分成功。通过比较较4个群体个群体4个球蛋白基因型的共个球蛋白基因型的共16个类型的个类型的EAP和和NAP类型，类型，验验证了证了MAS选择的有效性选择的有效性。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所 使用使用SNP标记标记11号和号和15号并不能完全预测号并不能完全预测EAP性状类型，但可以性状类型，但可以有效的减少有效的减少需要使用需要使用SDS-PAGE进行分析的样本数。进行分析的样本数。三、结论与讨论三、结论与讨论吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所BARC-025847-05113BARC-03

21、0259-06840BARC-020019-04403BARC-017939-02461BARCSOYSSR_20_1012BARCSOYSSR_20_0935 EAP品系品系NAP品种品种/品品系系EAP亲本亲本NAP亲本亲本三、结论与讨论三、结论与讨论吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所三、结论与讨论三、结论与讨论2011年田间检测衍生的年田间检测衍生的8个个类型的类型的18棵棵F3植株的植株的SDS-PAGE数据评价了数据评价了EAP性状性状在蛋白组成上的影响。在蛋白组成上的影响。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学

22、院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所三、结论与讨论三、结论与讨论这些结果表明开发种子产量、成熟期和油这些结果表明开发种子产量、成熟期和油份蛋白含量与份蛋白含量与NAP型相当的伴随任何大豆球型相当的伴随任何大豆球蛋白基因型的蛋白基因型的EAP品种应该是可能的。品种应该是可能的。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所三、结论与讨论三、结论与讨论本研究对本研究对2/6类，类，3/7类和类和4/8类类3个基因型在个基因型在4个性个性状上的研究结果与状上的研究

23、结果与Jenkinson和和Fehr (2010)对相同对相同3个基因型的结果一致。个基因型的结果一致。这些结果表明开发种子产量这些结果表明开发种子产量,成熟度成熟度,蛋白质和油的蛋白质和油的含量相似的任意四个大豆球蛋白基因型的某种基因含量相似的任意四个大豆球蛋白基因型的某种基因型品种都是可能的。型品种都是可能的。吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所三、结论与讨论三、结论与讨论基于基于Jenkinson和和Fehr (2010)的研究的研究结果，开发具有结果，开发具有5个隐性等位基因但产个隐性等位基因但产量与有量与有5个野生型等位基因的传统品种个野生型等位基因的传统品种相似的品

24、种在某些方面可能更困难一相似的品种在某些方面可能更困难一些，但不是对于所有的群体都困难。些，但不是对于所有的群体都困难。gy1,2, gy3, gy4, gy5基因型和基因型和EAP性性状的集合导致状的集合导致 亚基和总亚基和总BC含量的提含量的提高。高。具有具有5个隐性等位基因的品种总个隐性等位基因的品种总BC含量会含量会升高且没有大豆球蛋白，此类品种可能是升高且没有大豆球蛋白，此类品种可能是有益于食品工业和消费者。有益于食品工业和消费者。 他们的研他们的研究结果强调了究结果强调了在为修改蛋白在为修改蛋白组成选择品种组成选择品种开发群体的过开发群体的过程中使用程中使用多个多个父母本组合父母本组合的的重要性。重要性。 吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所四、启示四、启示ProductsDescription of the companys productsServiceDescription of the companys serviceTechnologyDescription of the companys technologyMarketDescription of the companys marketText Text Text Text MAS吉林省农业科学院大豆研究所吉林省农业科学院大豆研究所