大豆萌发期全基因组关联分析与转录组解析揭示抗旱候选基因的协同调控网络

本研究通过整合RTM-GWAS（限制性两阶段多基因座全基因组关联分析）和RNA-seq技术，系统解析了207份大豆种质萌发期抗旱性的遗传基础。鉴定出58个QTL（数量性状位点），其中10个为高贡献位点（R2>10%），结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选出40个枢纽基因，最终锁定Glyma.12G141700等5个核心候选基因。研究首次揭示苯丙烷生物合成和MAPK信号通路在萌发期抗旱中的关键作用，为大豆抗旱育种提供理论支撑。

　　

材料与方法

207份大豆种质在20% PEG-6000模拟干旱条件下，测定相对发芽指数(RGI)、相对发芽势(RGP)等5项指标。采用高密度SNP芯片(95,043个标记)进行RTM-GWAS分析，LD衰减距离设定为200kb。选取极端抗旱(JJS98)和敏感(JJS294)材料进行根尖转录组测序，通过WGCNA构建共表达网络。qRT-PCR验证采用2^?ΔΔCT法，内参基因为GmActin11。

表型变异特征

干旱处理使大豆发芽指标显著降低，RGI均值从17.72降至6.21。各性状遗传力达65.25%-97.38%，RGI与RGP呈强正相关(r=0.86)。ANOVA显示基因型与处理间互作极显著(P<0.001)，表明遗传变异主导抗旱性差异。

遗传定位突破

RTM-GWAS检测到58个QTL，其中qRGI-17-1和qRGP-17-1共定位于Gm17_BLOCK_37041250区域，分别解释24.12%和44.36%表型变异。16个QTL与已知幼苗期抗旱位点重叠，如qRGR-11-1与Canopy wilt 4-4共定位，提示萌发期与幼苗期存在共享遗传机制。

转录调控网络

WGCNA分析鉴定出13个模块，其中darkolivegreen模块特异性富集于抗旱材料24h处理样本，包含28个枢纽基因。关键基因Glyma.08G188300（编码SnRK2激酶）和Glyma.13G229300（PYL11受体）在ABA信号通路中协同调控，其表达量随干旱处理时间延长持续上调。

多组学整合发现

结合QTL定位与差异表达分析，筛选出22个候选基因。优先级最高的Glyma.12G141700（bHLH转录因子）和Glyma.14G105900（E3泛素连接酶）在抗旱材料中显著上调。KEGG富集显示苯丙烷生物合成通路在4个关键模块中重复出现，涉及32个过氧化物酶基因。

分子机制创新

研究首次发现萌发期抗旱性涉及三重调控：1）ABA信号通路通过PYL11-SnRK2级联激活；2）MYB、GRAS等转录因子调控网络；3）UDP-葡萄糖醛酸脱羧酶（Glyma.15G040000）介导的细胞壁重塑。这些发现突破了传统认为萌发期抗旱独立于幼苗期的认知。

应用前景

鉴定的QTL区间内包含已验证的抗旱基因Glyma.16g211700，其同源基因拟南芥AT1G65480参与气孔调控。研究建立的SNP标记Gm19_BLOCK_30608933可用于分子标记辅助选择，5个核心候选基因可作为基因编辑靶点。