摘要
大豆（GlycinemaxL.Merr.）是世界上重要粮、油、饲用作物，在农业生产中得到了广泛应用。大豆高产育种一直以来都是我国大豆育种的首要目标，其中百粒重是重要的产量构成因素，而种子大小性状多为多基因控制的数量性状，研究开展大豆种子大小数量性状位点（QTL）定位和百粒重候选基因挖掘的工作，对大豆高产育种及了解籽粒发育的遗传机制具有重要意义。 本研究利用F2群体进行连锁分析，鉴定大豆种子大小四个性状的QTL。利用群体中的百粒重极端株系构建混池以进行BSA-seq及RNA-seq以确定百粒重候选区间及差异表达基因（DEGs），结合QTL定位与测序结果推测获得百粒重候选基因。主要研究内容及结果如下： （1）以长江春2号（CJC2）×吉渝166（JY166）衍生的F2群体作为构图群体，利用SSR标记和InDel标记构建遗传连锁图谱。得到了一张包含546个标记，总长为2881.2cM的大豆遗传连锁图谱，平均每条染色体上的标记数为27个，标记间平均距离为5.27cM。 （2）对四个环境的F2及F2家系群体的百粒重、粒长、粒宽和长宽比这四个种子大小性状进行表型鉴定，群体内各性状表型变幅程度较大，有利于QTL定位及BSA测序分析。四个性状的相关性分析结果表明，百粒重与粒长和粒宽的相关性显著，其中在23年重庆百粒重与粒宽的相关系数最大，为0.924。 （3）结合遗传图谱与表型结果进行QTL定位，在四个环境下，共检测到127个大豆种子大小相关QTL，其中在两个环境以上检测到的稳定的QTL有77个。共检测31个百粒重QTL，其中稳定的QTL有11个，qHSW03.1、qHSW09.1、qHSW12.3、qHSW13.1以及qHSW18.1确认为新的QTL位点，qHSW02.1、qHSW09.1和qHSW10.2为三个环境检测到的主效QTL，值得重点关注，适合进一步挖掘候选基因。检测到33个粒长QTL，qSL13.1和qSL19.1在四个环境均被检测到。分别检测到26个粒宽QTL和37个长宽比QTL。共鉴定到12个QTL簇，其中Loci03.1、Loci04.1、Loci07.1、Loci13.1、Loci14.1、Loci15.1和Loci17.1内含有全部四个性状相关的QTL。 （4）根据F2∶3和F2∶4两个环境的表型，筛选出稳定的百粒重极值株系各20株，分别构建高值混池和低值混池进行BSA-seq，根据ED和ΔSNP-index算法进行关联分析，最终得到10个与控制大豆百粒重相关的候选区间，分布在第2、3、6、7、9、10、13、15和19染色体上，区间总长度32.48Mb，候选区间内共注释到3,603个基因，其中在亲本之间共注释到733个非同义突变基因，92个移码突变基因。 （5）利用构建的两个极值混池，对开花后20天、30天和40天的大豆籽粒进行RNA-seq分析，通过对DEGs的GO和KEGG富集，筛选到一些混池间存在差异的生物学过程，同种子发育规律相符。筛选出5条通过细胞增殖、伸长从而调控粒重的信号通路，共富集到54个DEGs；筛选了4条物质积累的信号通路，共富集了57个DEGs。利用加权基因共表达网络（WGCNA）鉴定到与种子大小性状相关的模块，MEturquoise模块，将其与百粒重稳定主效的QTLqHSW02.1、qHSW09.1和qHSW10.2整合，共获得70个共有基因，绘制共表达网络图，将Glyma.02G211900，Glyma.09G068500，Glyma.09G083700定义为该网络的核心基因。 （6）综合QTL定位，BSA-seq，RNA-seq，在最终候选区间内对DNA水平上的差异基因以及在转录水平差异表达基因进行筛选；同时对WGCNA获得的相关模块基因与定位到的百粒重主效QTL联合。最后通过基因功能注释，qRT-PCR验证，最终选定12个百粒重相关候选基因，分别是Glyma.07G001400、Glyma.09G149200、Glyma.10G007000、Glyma.10G026700、Glyma.19G133900、Glyma.02G173900、Glyma.02G179900、Glyma.02G185200、Glyma.02G208700、Glyma.02G209000、Glyma.02G211900、Glyma.09G083700。例如其中Glyma.07G001400编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Serine/threonineproteinkinase）推测可能是通过影响细胞增殖和胚胎发育影响种子大小。Glyma.10G007000和Glyma.02G185200编码AP2（APETALA2）可能通过抑制胚胎的细胞分化，影响母孢子体和胚乳中的活性来调控粒重。
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