CROPGRO大豆花期模拟模型品种参数的遗传学解析

作者：许俊杰; 闫文亮; 赵团结; 姜海燕^*

来源：南京农业大学学报, 2021, 44(04): 778-788.

• 大豆
• CROPGRO
• 品种参数
• 最佳线性无偏预测值
• 全基因组关联分析

[目的]DSSAT-CROPGRO大豆花期模拟模型(简称CROPGRO-Soybean-Flower模型)是量化开花时间与光周期关系的生理生态过程模型。本文旨在通过单核苷酸多态性(SNP)标记对CROPGRO-Soybean-Flower模型的品种参数(cultivar parameter, CP)进行遗传解析。[方法]以183个江淮大豆种质为试验材料,于2011—2018年获得南京、当涂、盐城等10个环境的花期数据和消除环境效应的花期最佳线性无偏预测值(best linear unbiased prediction, BLUP)。将开花时间性状分解为临界短日照时数(critical short day, CSDL)、光周期敏感性(photoperiod sensitivity, PPSEN)和出苗到开花时长(emergence to flowering time, EMFL)3个CROPGRO大豆花期模拟模型的品种参数。利用供试大豆材料的实测花期以及BLUP值,采用GLUE(generalized likelihood uncertainty estimation)方法对模型的品种参数进行校准,根据模拟结果选择合适的品种参数集。利用混合线性模型(mixed linear model, MLMQ+K)、mrMLM(multi-locus random-SNP-effect mixed linear model)模型等7种全基因组关联分析方法,对花期BLUP值、CROPGRO-Soybean-Flower模型品种参数集与60 712个SNP标记进行定位研究,在显著关联SNP位点上下游500 kb区间内筛选候选基因,并通过生物信息学网站和前人研究结果预测其功能。[结果]利用BLUP值校正CROPGRO-Soybean-Flower模型的品种参数,模型模拟结果的均方根误差的均值(average root mean square error, ARMSE)为1.65 d,比利用实测花期校正的ARMSE降低1.82 d。选用花期BLUP值校正的3个模型的品种参数集作为全基因组关联分析的数据集,检测到花期BLUP值、CSDL、PPSEN和EMFL的显著关联QTN(quantitative trait nucleotide)个数分别为6、10、5和1,所定位的SNP位点可解释0.424%～19.221%的CROPGRO-Soybean-Flower模型品种参数变异。被检测到的22个QTN中,有72.73%已被前人研究报道与大豆开花时间、光周期敏感性、生殖生长时期等性状有关。对候选基因功能预测发现:Glyma05g06220、Glyma05g31710、Glyma07g01601、Glyma08g40330、Glyma14g40030与拟南芥中昼夜节律调控、细胞分裂素响应、开花调控等基因同源,推测这5个基因参与大豆开花调控。[结论]与实测花期相比,利用BLUP值校准CROPGRO大豆花期模型品种参数的方式在区域尺度上更为合理;模型品种参数体现了大豆花期光反应的遗传特性,相关的SNP标记可以作为进一步构建基于基因的CROPGRO大豆花期模拟模型的基础标记数据。

• 出版日期2021
• 单位南京农业大学