原文出自 IJMS 期刊：

Wang, C.; Hao, X.; Liu, X.; Su, Y.; Pan, Y.; Zong, C.; Wang, W.; Xing, G.; He, J.; Gai, J. An Improved Genome-Wide Association Procedure Explores Gene–Allele Constitutions and Evolutionary Drives of Growth Period Traits in the Global Soybean Germplasm Population. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 9570. https://doi.org/10.3390/ijms24119570

引言

大豆 (Glycine max（L.）Merr.) 在中国已经种植了大约 5000 年，其种植区域已从原产地中国扩展到全球 53°N—35°S。大豆的生长发育受到日照时间和温度的影响，这两个因素决定了大豆品种对地理区域的适应性。大豆在地理传播和熟期组拓展的过程中，生育期和有关光温性状是如何变化以适应环境的变化以及这些变化的遗传基础是什么？基于此，来自中国南京农业大学盖钧镒院士及其团队在 International Journal of Molecular Sciences (IJMS) 期刊发表了文章，介绍了利用改进的基于基因-等位基因序列作为标记的限制性两阶段多位点全基因组关联方法 (GASM-RTM-GWAS)，探究生育期及其所需的积日长 (ADL) 和积温 (AAT) 的有关光温生态性状的遗传体系、生态分化和重组潜势。

研究过程与结果

作者在中国南京对来自世界五个生态区的 354 个大豆品种进行了 4 个环境的试验。生育前期 (DSF) 和生育后期 (DFM) 所需的 ADL 和 AAT 是根据南京市气象局提供的日长度和温度计算的。发现从起源中心地理亚群到扩展的地理亚群，DSF 和 DFM 所需的 ADL 和 AAT 发生了规律性变化，以适应当地的地理和播种季节条件。使用 GASM-RTM-GWAS 对 DSF 及其相关的 ADLDSF 和 AATDSF 进行遗传体系解析，发现了 130—141 个具有 384—406 个等位基因的位点，对于 DFM及其相关的 ADLDFM和 AATDFM，发现了 124—135 个具有 362—384 个等位基因的位点。与 DFM 相比，DSF 和它所需的 ADL 和 AAT 的共享基因有更高表型解释率。依据 6 个光温性状所获得基因-等位基因矩阵，从群体全部可能杂交组合预测并提出了可用于育种的双向优化组合，发现在大豆中等位基因重组是一个重要的进化驱动因素。6 个性状的基因系统中大多数基因是性状特异性的，但共同涉及四大类 10 组的生物功能。说明虽然这 6 个性状分别具有不同的基因系统，有共享基因，主要为性状特异基因，但功能类似，彼此间还存在基因间的互作，共同组成一个更大的网络体系，共同调控大豆生育期 (图 1，图 2)。因此，GASM-RTM-GWAS 方法在基因-等位基因系统挖掘、差异性状进化驱动、预测育种重组潜力和揭示群体基因网络方面显示巨大潜力。

对生态区基因-等位基因矩阵之间的比较表明，从起源中心到地理亚群的遗传适应以等位基因新生 (突变) 为特征，而从初始熟期组亚群到新生早/晚熟期组的遗传扩展除了遗传 (迁移) 外，还以等位基因汰除 (选择) 为特征，并无等位基因的新生。

图 1. 世界大豆种质群体中 6 个 DSF-和 DFM-相关性状的基因-等位基因系统的鉴定和重组潜力。

图 2. 世界大豆种质群体中 6 个 DSF 和 DFM 相关性状的基因蛋白质-蛋白质相互作用网络。

研究总结

本文对全球大豆种质群体的生育前期和和生育后期进行了观察和测定，以计算其所需的积日长和活动积温，从而探索其生态特性。

(1) 以基因-等位基因序列为标记改进了全基因组关联研究 (GASM-RTM-GWAS)，揭示了 DSF、DFM、ADLDSF、AATDSF、ADLDFM 和 AATDFM 的六个基因-等位基因体系。与 DFM 相比，DSF 分享了更多的 ADL 和 AAT 贡献；AAT 对 DSF 的贡献大于 ADL，但对 DFM，ADL 的贡献大于AAT。

(2) 从起源中心到地理亚区的遗传适应以等位基因新生为特征，而从初始熟期组亚群到早/晚熟期组亚群的遗传扩展除了遗传外，还以等位基因汰除为特征。

(3) 从育种出发，在正反两个方向上都预测到有超亲分离的优化组合，等位基因重组是一个重要的进化驱动因素。

(4) 六个性状的基因大多是性状特异性的，均涉及四类 10 组生物学功能。这些结果说明 GASM-RTM-GWAS 在检测基因-等位基因体系、识别性状差异进化动力、预测重组育种潜力和揭示群体基因网络体系方面显示出优异的性能。

IJMS 期刊介绍

主编：Maurizio Battino, Marche Polytechnic University, Italy

期刊发表生物化学与分子生物学、生物材料、生物物理、生物医学、化学和纳米科学等分子相关领域研究，已被 Scopus、SCIE (Web of Science)、PubMed 等数据库收录。

2022 Impact Factor：5.6

2022 CiteScore：7.8

Time to First Decision：16.8 Days

Time to Publication：34 Days