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基于回交导入系群体解析大豆蛋白质、脂肪及脂肪酸含量的QTL定位与遗传机制

一、引言

1.1研究背景与意义

大豆（Glycinemax(L.)Merr.）作为世界上最重要的农作物之一，在全球农业和经济领域中占据着举足轻重的地位。其种子富含蛋白质和油脂，是人类饮食和动物饲料的重要蛋白质来源，同时也是生物柴油、化妆品、食品添加剂等工业产品的关键原料。据统计，全球大豆的种植面积和产量持续增长，2022/2023年度，全球大豆产量达到了4.03亿吨，主要生产国包括美国、巴西、阿根廷和中国等。在农业领域，大豆不仅是一种高效的固氮作物，能够通过与根瘤菌的共生关系将大气中的氮气转化为植物可利用的形式，减少化肥的使用，改善土壤肥力，有助于可持续农业的发展；还在全球粮食安全中扮演着关键角色，作为高蛋白作物，被广泛用于动物饲料的生产，间接支持了肉类、奶制品和蛋类等高蛋白食品的供应。

蛋白质、脂肪和脂肪酸是大豆的主要营养成分，对于大豆的生长、生殖、发育及其产品的质量和功效具有重要影响。大豆蛋白质是一种优质植物蛋白，含有人体必需的8种氨基酸，其含量和品质直接影响大豆制品的营养价值和加工特性，如豆腐、豆浆、豆奶等豆制品的蛋白质含量和口感。大豆脂肪是大豆油的主要成分，而脂肪酸作为大豆油的重要组成部分，其组成及其配比种类决定了种子油的品质，如油酸含量高的大豆油具有更好的氧化稳定性和营养价值，有助于降低心血管疾病的风险。在传统的大豆育种中，蛋白质、脂肪和脂肪酸等因素都需要同时兼顾，因为这些因素之间存在相互制约和平衡，如何实现这些因素的平衡将成为大豆育种的重要发展方向之一。

过去几十年中，许多科学家通过数量性状基因座（QuantitativeTraitLoci，QTL）研究，试图确定大豆蛋白质、脂肪和脂肪酸含量的基因。然而，由于基因组和表型之间的复杂相互作用，以及环境因素对这些数量性状的影响，确定大豆营养成分的基因仍然具有挑战性。为了克服这些挑战，回交导入系群体被广泛应用于识别大豆基因。回交导入系是通过多次回交将供体亲本的目标基因导入轮回亲本中构建而成的群体，具有遗传背景简单、遗传变异丰富等优点，能够有效地减少遗传背景的干扰，提高QTL定位的准确性和效率。因此，利用回交导入系群体定位大豆蛋白质、脂肪和脂肪酸含量QTL，对于深入了解大豆营养成分的遗传特性和生物合成机制，开展大豆品种育种和功能性组分开发具有重要意义。

1.2国内外研究现状

国内外在利用回交导入系群体定位大豆蛋白质、脂肪和脂肪酸含量QTL方面取得了一定的研究进展。在国外，一些研究利用不同的回交导入系群体，对大豆蛋白质、脂肪和脂肪酸含量进行了QTL定位分析。例如，Song等利用以Williams82为轮回亲本，PI437654为供体亲本构建的回交导入系群体，定位到了多个与大豆蛋白质和脂肪含量相关的QTL，其中一些QTL在不同环境下表现稳定，为大豆品质改良提供了重要的遗传信息。在脂肪酸含量QTL定位方面，一些研究通过对不同回交导入系群体的分析，发现了多个与油酸、亚油酸、亚麻酸等脂肪酸含量相关的QTL位点，这些位点的发现有助于深入了解大豆脂肪酸合成的遗传调控机制。

国内的研究也取得了显著成果。朱明月利用以中黄13为轮回亲本，不同供体亲本构建的回交导入系群体，对大豆蛋白质、脂肪和脂肪酸含量进行了QTL定位，共定位到130个品质性状相关的QTL，其中一些QTL在不同年份和群体中重复检测到，为大豆分子标记辅助育种提供了新的参考依据。南金平利用中黄13与迟黄豆1、泰兴牛毛黄乙构建的回交导入系群体，初步定位了影响大豆脂肪、脂肪酸含量的QTL，发现两个群体的5种主要脂肪酸含量在家系、年份及家系与年份互作间均存在极显著差异，说明大豆的5种主要脂肪酸都是复杂的数量性状，受基因和环境的共同影响。

然而，当前的研究仍然存在一些不足和待解决的问题。一方面，已定位的QTL位点较多，但真正能够应用于大豆育种实践的较少，主要原因是部分QTL的效应较小，稳定性较差，受环境影响较大。另一方面，对于QTL与基因之间的关系以及QTL的作用机制研究还不够深入，需要进一步开展功能基因组学研究，挖掘与大豆蛋白质、脂肪和脂肪酸含量相关的关键基因，揭示其调控网络，为大豆品质改良提供更坚实的理论基础。此外，不同研究中使用的回交导入系群体和QTL定位方法存在差异，导致研究结果之间难以进行比较和整合，需要建立统一的标准和方法，提高研究结果的可靠性和可比性。

1.3研究目标与内容

本研究旨在利用回交导入系群体，精确定位大豆蛋白质、脂肪含量及脂肪酸含量QTL，具体目标如下：

构建具有丰富遗传变异的回交导入系群体，确保群体具有良好的遗传多样性，