医学专题—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

1、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及其对大豆农艺和种子(zhng zi)性状的影性状的影响响第一页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所汇报(hubo)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第二页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所一、研究一、研究(ynji)背景背景及目的及目的 -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，在商业大豆品种品种(pnzhng)中其占大豆总蛋白含量的中其占大豆总蛋白含量的25%

2、(Nielsen et 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 -伴大豆球蛋白在正常水平，亚基浓度高于亚基的大豆(ddu)品种(Bringe and Jenkinson, 2009; Jenkinson, 2009, 2011)。第三页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所一、研究一、研究(ynji)背景背景及目的及目的凝胶特性(txng)健康健康(jinkng)饮食饮食抗癌降脂降脂E

3、APEAP及及 - -伴大豆伴大豆球蛋白升高的大豆球蛋白升高的大豆品种能够提高蛋白品种能够提高蛋白的功能属性，有益的功能属性，有益于消费者的健康于消费者的健康。Rickert等(2004)发现富集于-伴大豆球蛋白中的大豆蛋白有优越的凝胶特性，乳化性增进，稳定性增加。高-伴大豆球蛋白的饮食可导致总胆固醇，甘油三酯和胰岛素的降低，抑制动脉粥样硬化的发展 以及减少内脏脂肪升高导致的肥胖体外实验显示-伴大豆球蛋白的蛋白质成分可以抑制白血病细胞的生长，富含亚基和亚基的 -伴大豆球蛋白抑制脂肪酸合酶的活动，可减少潜在致癌脂类的合成。有报道显示提纯的-伴大豆球蛋白亚基能够降低脂肪和甘油三酯的含量，对低密度脂

4、蛋白受体起下调作用。第四页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所一、研究一、研究(ynji)背景背景及目的及目的EAP（ 亚基浓度提高亚基浓度提高(t go)）性状检测性状检测孟山都公司孟山都公司(n s)开发开发的的两个两个SNP定位在定位在20号染色号染色体，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)物理距物理距离为离为2.5 kb 在在GenBank上编码上编码-伴大豆伴大豆球蛋白的亚基，基因登录球蛋白的亚基，基因登录号为号为AB051865SDS-PAGE目前还是昂贵且耗目前还是昂贵且耗时的检测蛋白质成分的方法

5、时的检测蛋白质成分的方法。使用分子标记辅助选择使用分子标记辅助选择EAP性状可用减少必需采用性状可用减少必需采用SDS-PAGE检测蛋白质成分的群检测蛋白质成分的群体规模体规模。第五页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所一、研究一、研究(ynji)背景背景及目的及目的本研究的首要目标是评估这两个SNP标记在分离群体(qnt)中区分个体EAP和NAP性状的有效性。第六页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所一、研究背景一、研究背景(bijng)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40%。包含5个主要基因，Gy1至Gy5：基因Gy1 和 Gy2紧密连锁并共同遗传，而

6、基因Gy3，Gy4，Gy5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)。第七页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所一、研究一、研究(ynji)背景背景及目的及目的 日本的研究者日本的研究者培育了一个培育了一个(y )大豆球蛋白大豆球

7、蛋白含量为含量为0%且且-伴大豆球蛋白约伴大豆球蛋白约占占45%的大豆品的大豆品系系B2G2，具有，具有5个个Gy基因位点的隐基因位点的隐性等位基因。性等位基因。 gy1,2和和gy3的等的等位基因发现于位基因发现于射射线辐射处理后的大线辐射处理后的大豆豆(ddu)品系中品系中。 (Yagasaki et al., 1996)20%的日本自然的日本自然种质中存在种质中存在gy4的等位基因的等位基因。(Kitamura et al., 1984) Yagasaki（1996）在野生大）在野生大豆豆(Glycine soja Siebold & Zucc.)材料的筛选中发材料的筛选中发现了

8、现了gy5 等位基等位基因因。第八页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所一、研究背景一、研究背景(bijng)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等位基等位基因的专利因的专利SNP分子分子(fnz)标记。标记。 gy1等位基因等位基因NS0199008代表(dibio) gy2等位基因等位基因NS0199002代表 gy3等位基因等位基因NS0199010代表 gy4等位基因等位基因NS0199003代表 gy5等位基因等位基因5个未命名的个未命名的SNP代表第九页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所一、研究背景一、研究背景(bijng

9、)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(ddu)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个基个基因型的品系，包含因型的品系，包含5个个Gy基因位点上不同的野生型基因位点上不同的野生型和突变型等位基因组合和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 ，gy4 ，G

10、y5 gy1,2 ，gy3 ，gy4 ，gy5gy1,2 Gy3 gy4 Gy5 极大(j d)的影响影响最小影响中等有最高的-伴大豆球蛋白浓度且无大豆球蛋白每个gy等位基因不同程度地影响-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白的总体水平。第十页，共二十七页。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(gijn)大豆球蛋白含量的等位基因时EAP性状影响大豆品系农艺性状和种子成分的报道。一、研究一、研究(ynji)背景背景及目的及目的本研究的第二个目标是使用(shyng)Gy3和Gy5野生型等位基因确定其对农艺性状及种子成分的影响。本研究的第三个目标是评估结合了gy1,2, Gy3, gy4, G

11、y5; gy1,2, Gy3, gy4, gy5; gy1,2, gy3, gy4, Gy5; 和gy1,2, gy3, gy4, gy5等大豆球蛋白等位基因型的EAP和NAP性状品系。第十一页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所二、材料(cilio)与方法4个个EAP性状分离性状分离(fnl)群体群体Gy3和和Gy5大豆球蛋白等位基因位点（紧密连锁的大豆球蛋白等位基因位点（紧密连锁的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）第十二页，共二十七页。gy1,2, Gy3, gy4, gy5 gy1

12、,2, gy3, gy4, Gy5F0熟期、产量熟期、产量(chnling)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, IA 一株一叶一株一叶(y y)打孔打孔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(qnt)(qnt)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

13、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 结果不结果不一致的品系一致的品系 25258 8四四SASSAS

14、version 9.2version 9.2 GLM GLM技术路技术路线线 位于第位于第2020条染色体（条染色体（LGILGI），与），与 亚基相关的，亚基相关的，与与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号，正向引物序列号，正向引物序列 5-CTTGCTTACAAATTCCTCCAACTAAA-5-CTTGCTTACAAATTCCTCCAACTAAA-3 3 ，反向引物序列为，反向引物序列为5-5-GCTTAAGAACAACCGAGAGCTTTT-3

15、GCTTAAGAACAACCGAGAGCTTTT-3。 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-CATGAACTGTGATTACATATTCTTTTGC-CATGAACTGTGATTACATATTCTTTTGC-3 3 ，reverse reverse 引物序列为引物序列为5-5-GCTGCCGAACATGATGGTTA-3GCTGCCGAACATGATGGTTA-3。 SNP SNP侧翼序列在侧翼序列在 Jenkinson (2011)Jenkinson (2011)申请的专利申请的专利上。上。 对于第对于第1111号号

16、SNPSNP标记，标记，EAPEAP性状核苷酸碱基为性状核苷酸碱基为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性状核苷酸碱基为性状核苷酸碱基为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 类型，两类型，两SNPSNP标标记结果为记结果为CC-CCCC-CC的个体考虑为的个体考虑为EAP EAP 型，两型，两SNPSNP标标记结果为记结果为TT-AATT-AA的个体考虑为的个体考虑为NAP NAP 型。型。 gy1,2, Gy3, gy4

17、, Gy5 gy1,2, Gy3, gy4, gy5gy1,2, gy3, gy4, Gy5gy1,2, gy3, gy4, gy5 例如，Jenkinson and Fehr (2010)报道，基因型gy1,2, Gy3, gy4, gy5的品系没有A3亚基，基因型gy1,2, gy3, gy4, Gy5的品系没有A124亚基。 如果2011年农艺评价中在基因型gy1,2, Gy3, gy4, gy5的品系中检测到A3 亚基，该品系淘汰。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

18、 （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第十三页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所三、结论三、结论(jiln)与讨论与讨论采用采用MAS对对EAP和和NAP性状进行分性状进行分型取得了部分型取得了部分(b fen)成功。通过比较成功。通过比较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个类个类型的型的EAP和和NAP类型，类型，验证了验证了MAS选选择的有效性择的有效性。第十四页，共二十七页。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

19、测EAP性状性状类型，但可以类型，但可以有效的减少需要有效的减少需要(xyo)使用使用SDS-PAGE进行分析的样本数。进行分析的样本数。三、结论三、结论(jiln)与讨论与讨论第十五页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所BARC-025847-05113BARC-030259-06840BARC-020019-04403BARC-017939-02461BARCSOYSSR_20_1012BARCSOYSSR_20_0935 EAP品系品系(pn x)NAP品种品种(pnzhng)/品品系系EAP亲本亲本(qn bn)NAP亲本亲本三、结论与讨论三、结论与讨论第十六页，共二十七页。吉林省

20、农业科学院大豆研究所三、结论三、结论(jiln)与讨论与讨论2011年田间年田间(tin jin)检测衍生的检测衍生的8个类型的个类型的18棵棵F3植株的植株的SDS-PAGE数据评价了数据评价了EAP性状在蛋性状在蛋白组成上的影响。白组成上的影响。第十七页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所第十八页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所第十九页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所三、结论三、结论(jiln)与讨论与讨论这些结果表明开发种子产量、成熟期和油份蛋这些结果表明开发种子产量、成熟期和油份蛋白白(dnbi)含量与含量与NAP型相当的伴随任何大豆球蛋型相当的伴随任何大豆球蛋白基

21、因型的白基因型的EAP品种应该是可能的。品种应该是可能的。第二十页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所第二十一页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所第二十二页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所三、结论三、结论(jiln)与讨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个性状上的个性状上的研究结果研究结果(ji gu)与与Jenkinson和和Fehr (2010)对相同对相同3个基个基因型的结果一致。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,蛋白质和油的含量蛋白质和油的含量(hnling)相似的任意四

22、个大豆球蛋白基因型的某种基因型品种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。都是可能的。第二十三页，共二十七页。吉林省农业科学院大豆研究所三、结论三、结论(jiln)与讨论与讨论基于基于Jenkinson和和Fehr (2010)的研究结果，的研究结果，开发具有开发具有5个隐性等位基因但产量与有个隐性等位基因但产量与有5个野生个野生型等位基因的传统品种相似的品种在某些型等位基因的传统品种相似的品种在某些方面可能更困难一些，但不是对于所有方面可能更困难一些，但不是对于所有(suyu)的群体都困难。的群体都困难。gy1,2, gy3, gy4, gy5基因型和基因型和EAP性状的性状的集合导致集合导致 亚基和总亚基和总BC含量的提