利用动态转录组学挖掘大豆百粒重候选基因

摘要

百粒重是影响大豆产量的重要农艺性状,揭示其分子基础发掘关键候选基因对大豆改良具有重要意义.本研究通过对12个大豆品种籽粒发育3个时期共36个样本的转录组数据进行加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA),得到20个基因共表达模块,与百粒重及4个粒形性状关联后发现green模块与表型最为相关,之后根据Gene Significance(GS)值和Eigengene Connectivity(kME)值筛选出13个green模块内的核心基因(hub gene);然后对2组百粒重存在极显著差异的大豆品种的籽粒发育3个时期分别进行基因差异表达分析发现大豆在籽粒发育前中期可能通过MAPK信号通路调节百粒重大小;之后对其进行SNPs/InDels挖掘并根据Gene Ontology(GO)注释发现green模块内的Glyma.14G043900和Glyma.15G217400由于SNP变异造成同义以及非同义突变,且存在调控基因表达相关的GO Terms以及锌指结构域,表明它们可能通过调控hub基因和差异表达基因调控大豆百粒重及粒形性状.Glyma.15G217400位于已报道的4个百粒重QTL中,而Glyma.14G043900位于已报道的一个籽粒蛋白含量及一个油脂含量QTL中.通过比对大豆公共数据库发现这2个基因的百粒重增效等位变异受到人工选择,其频率从野生大豆到地方品种再到育成品种的过程中逐渐升高.这些结果为进一步发掘大豆百粒重候选基因及其表达调控机制提供了新思路.