大豆遗传图谱的构建

大豆遗传图谱的构建
摘要大豆是严格的自花授粉作物，是由古四倍体演变而来的二倍体，基因组较大，染色体又很小，难于进行细胞遗传学研究，因此构建分子遗传图谱并对重要性状进行QTL定位，对于重要性状基因的图位克隆及分子标记辅助育种具有重要意义。

就大豆遗传图谱构建过程和研究进展进行综述，并对有待进一步研究领域进行了分析讨论，以期促进大豆遗传图谱的构建，促进育种工作的发展。

关键词大豆；遗传图谱；分子标记
大豆是人类优质蛋白和脂肪的重要来源，同时也是饲料蛋白的重要来源[1-2]。

因此，大豆的遗传研究一直受到广泛的重视。

但由于大豆的遗传变异程度低，基因组较大并含有广泛的复制区和丰富的重复序列，染色体又很小，难于进行细胞遗传学观察等研究，导致大豆的遗传研究尤其遗传作图明显滞后于其他作物。

随着分子遗传学的发展和RFLP、RAPD、SSR、ARLP等分子标记技术的发展，尤其是高密度遗传图谱的构建，不但对数量性状位点（QTLs）进行精确定位，而且能利用图位克隆克隆出控制数量性状的基因。

因此，可以利用高密度的大豆遗传连锁图谱，结合现代分子操作技术，对有重要价值的性状进行QTL定位，尽可能地挖掘有利用价值的等位基因，将分子标记辅助选择用于育种实践，以培育优质高产的新品种。

1遗传图谱的构建过程
遗传图谱是数量性状基因定位（QTL）、基因图位克隆、比较基因组学研究以及分子标记辅助育种等的基础。

图谱的构建过程主要包括：①选择建立适合的作图群体；②选择适合作图群体的遗传标记；③确立连锁群；④基因排序与遗传距离的确定。

1.1群体的选择
适合于作图的遗传群体有F2、BC、NIL、DH、RIL等，作图群体的选择取决于使用的标记类型。

由于SSR标记具有较高的多态性，可以用于在亲缘关系较近的亲本甚至一些近交获得的群体中构建图谱。

另外，对于共显性的标记使用F2群体可以获得最多的遗传信息，而对于显性标记，使用DH、RIL则可以获得最多的遗传信息。

1.1.1F2群体或其衍生的F3、F4家系。

F2群体易于配制（自交不亲和材料
除外），且不需要很长时间，但其存在明显的不足：F2群体由单株组成且尚未达到纯合，提供的材料有限，很难对其进行连续性研究，也无法满足不同研究者对同一材料进行合作研究的需要。

由于每个基因型只有1株，由此得到的数量性状数据可靠性差。

补救办法是利用F2代单株衍生家系，选取同一家系中的若干个体进行分析，但这样做，不仅加大了工作量，而且容易造成抽样误差。

1.1.2BC群体。

即利用F2代株系和亲本回交获得，与F2群体一样，不需要太长时间即可建立一个回交系群体，但BC群体所提供的材料也是有限的，只能使用1代，重组交换的信息量比F2群体少。

F2及回交群体由于其个体自交所得到的后代将出现分离，不能永久保存。

另外，由于这些群体很难甚至不可能保证部分QTL作图所需的不同地点及不同时间的试验。

因此，用其进行遗传作图和定位受到限制。

1.1.3NIL群体。

即近等基因系（Near isogenic lines），其基本特征是整个染色体的绝大部分区间完全相同，只有少数几个或1个区间彼此存在差异。

因此，它能使整个基因组间的多个QTL分解为只存在1个或几个QTL分离，消除其他背景干扰和主效QTL对微效QTL效应的掩盖作用，能够精确定位QTL。

1.1.4DH群体。

即加倍单倍体（Doubled Haploid），是单倍体通过染色体加倍形成的。

因此，品系内个体是完全同质的，而且个体的基因型是完全纯合的。

DH群体是永久性群体，可以进行多年多点的重复试验，是研究基因型和环境互作的理想材料，但重组只来自形成花粉时的一次减数分裂，故重组信息量相对较少。

1.1.5RIL群体。

即重组自交系（Recombined inbred lines）群体，将F2个体连续自交或同胞交配或群体内随机交配，使得杂种的基因得以分离并进行重组，直至家系内个体基因型纯合稳定、家系间基因型各异，这些家系就构成了重组自交系群体。

RIL为固定的永久性群体，可以进行多年多点的重复试验，是研究QTL作图、基因与环境互作的理想材料，但建立一套RIL需要多年的工作。

另外，在基因组的某些区域的纯合比理论预期需要更长的时间。

1.2遗传标记的选择和类型
1.2.1形态标记。

自然界的生物存在着许多非常明显的形态标记，如抗病性、花的颜色及形状、种皮的颜色等。

它们一直是人类选育新类型的重要标记，也是孟德尔遗传学的重要基础。

这些单一位点控制的形态性状在大范围的环境下重复是可以作为遗传标记的，但这类标记的表现易受环境和其他修饰基因的影响[3]。

因此，性状的描述只有在有系统的系谱和环境记载时才有意义，许多因素限制了它们作为遗传标记的利用。

1.2.2生物化学标记—同工酶标记。

由于酶催化与特定的生化反应，有可能通过底物和辅酶在凝胶上看到特殊酶的位置，涉及到的酶产物是颜色反应，看到的同工酶谱带代表着蛋白质产物，有一定的遗传基础，可以作为共显性标记提供遗传信息。

现已有十几种同工酶系统，如脂酶同工酶等。

但并不是每一个性状都
能用同工酶进行鉴定，而且同工酶产物受翻译后修饰的影响，这限制了它们的应用[4]。

1.2.3分子标记。

自从20世纪50年代DNA的双螺旋结构问世以来，人们对核酸结构和功能的理解越来越深刻，即构成DNA的碱基变化是一切生物变化的基础，碱基对的变化比大的DNA重排更频繁，异质性不只局限于编码区。

因此，DNA水平上的多态性比其他水平上的多态性，大得多。

特别是80年代出现的限制性片段长度多态性，使人们认识到DNA水平上的多态性可以作为分子标记应用到植物的选择上，并且它还具有其他的优越性，如每个位点遗传方式遵守孟德尔定律、不受环境影响等，因而这方面的研究进展速度非常快，现已形成了许多分子标记系统[5]。

1.3连锁分析和遗传作图
应用软件Mapmaker/exp3.0版本[6]。

先用Group命令进行标记间连锁分析和分组（LOD=5.0），然后重复使用Ripple命令进行排序。

错误检测水平设为1%，采用Kosambi函数，将重组率转换成图距单位（cM）。

根据已由Cregan等[7]定位的RFLP和SSR标记作为锚定标记，以确定相应的连锁群。

2大豆遗传图谱类型及其研究进展
2.1基于RFLP标记为主的大豆遗传图谱
Apuya[8]利用60个F2群体构建了第1张包含11个RFLP标记，由4个连锁群构成的大豆遗传连锁图谱，随后许多国外学者利用RFLP标记、RAPD标记、AFLP标记、SSR标记、同功酶和形态学标记构建了许多大豆遗传图谱。

Keim[9]利用栽培大豆品系A81-356022和野生大豆PI468916杂交形成的F2的群体，构建了一张含有150个RFLP标记、26个连锁群的大豆遗传图谱，覆盖大豆基因组长度为1 200cM。

至1993年，Keim将该图谱完善至含有490个RFLP标记和RAPD标记、20个连锁群，覆盖大豆基因组长度达3 000cM。

1993年，Lark[10]使用132个RFLP标记、同功酶标记和形态学标记构建了含有31个连锁群的大豆遗传图谱，同年，Shoemaker和Olson[11]报道利用杂交群体构建了一个由25个连锁群组成，含有365个RFLP标记、11个RAPD标记、3个经典标记和4个同功酶位点的遗传图谱，约覆盖大豆基因组3 000cM，这是目前以RFLP标记为主的饱和度最高的大豆基因组图谱，被认为是大豆的“公共图谱”。

Shoemaker 和Specht[12]将来源于不同群体的各种标记整合到一个图谱上，他们用近等基因系Clark×Harosoy杂交得到的F2群体构建了一张含有13个经典标记、7个同功酶标记、110个RFLP和8个RAPD标记的遗传图谱。

这些早期的分子遗传图谱主要是以RFLP为主，但是在大豆中RFLP缺乏多态性，或者是利用RFLP探针检测亲本基因组带型较复杂，因此发展了SSR标记或微卫星标记来构建图谱。