同学们好 ！

1. 同学们好 ！

2. 第六节大豆育种的研究方向 四、大豆基因组学研究 大豆基因组（2n=40），染色体较小（1.42-2.84μm），在有丝分裂中期难以区分单个染色体。大豆基因组包括约1.1×109bp（Arumagathan和Earle，1991），为拟南芥的7.5倍，水稻的2.5倍，玉米的1/2，小麦的1/14。大豆基因组学的研究在美国开展较早、发展较快。

3. 第六节大豆育种的研究方向 大豆基因组学研究是改进大豆育种技术的基础，将是未来大豆育种技术革新的依据和源泉。 2000年1月美国大豆联合委员会发布了大豆基因组白皮书，认为大豆改良的关键在于新的科学发展并由之产生技术上的革新。该机构邀请了17名专家提出并启动了一项大豆基因组研究计划，该项计划提出现阶段美国大豆基因组学研究应包括5个方面：（1）分子标记的发掘（包括SSR、SNP等），（2）转基因技术，（3）结构基因组学，（4）功能基因组学，（5）生物信息学。 我国科技管理部门零星设置了一些与大豆基因组研究有关的项目和课题，但目前尚缺少一个专门组织和一个完整的计划，这是我国与国外差距的主要所在。

4. 四、大豆基因组学研究 1． 大豆遗传图谱 大豆遗传图谱是基因定位和图位克隆的基础。 Keim（1990）、Shoemaker和Olson(1993)、Shoemaker和Specht(1995)、Mansur等(1993，1996)分别采用不同群体、不同标记类型建立了大豆遗传图谱。

5. 1． 大豆遗传图谱 Cregan等(1999)：在原作者的图谱基础上增添SSR标记 材料： Keim的A81-356002(G. max)×PI468916(G. soja)59个F2后代 Mansur的Minsoy×Nois 1的240个重组自交系 Shoemaker等的Clark NIL×Harosoy NIL组合的57个F2后代 发现共有606个SSR标记定位于一个或一个以上的作图群体中，包括有544个新位点，三个群体的标记数分别为1004、633和523个，总长度分别为3000cM、2400cM和2800cM，加入SSR标记后前两个图谱的连锁群数分别由25降为23，36降为22，根据SSR数据将前两个图谱与第3个图谱整合后，连锁群数降为20个。

6. Perry B. Cregan

7. 1． 大豆遗传图谱 到2007年1月Soybase网站登陆的图谱总数达到670个。值得指出的是，Cregan等构建的第一个整合遗传图谱，标记总数为1423个。宋启健等对该图谱加密后，使标记总数增加到1849个，包括1015个SSR标记，709个RFLP标记，73个RAPD标记，24个经典标记，6个AFLP标记，10个同功酶标记和12个其他标记，该图谱长度为2523.6cM，这也是世界上标记最密集的大豆遗传图谱。

8. 1． 大豆遗传图谱 我国的大豆遗传图谱研究起步较晚 中国科学院遗传研究所最早开展这项工作，与吉林农科院大豆研究所、国家大豆改良中心先后进行合作。 张德水等（1997）以长农4号×新民6号的F2群体为材料，构建了国内第一张大豆分子遗传图谱，有20个连锁群、63个RFLP标记、8个RAPD标记，总长度为1446.8cM。 在此基础上，刘峰等（2000）以同一组合的88个重组自交系为材料，构建了包括2个形态标记、100个RFLP标记、33个SSR标记、42个AFLP标记、62个RAPD标记和1个SCAR标记，获得22个连锁群，总长度为3713.5cM的图谱。

9. 1． 大豆遗传图谱 吴晓蕾等以科丰1号×南农1138-2的201个重组自交系为材料，构建了含有25个连锁群、3个形态标记、192个RFLP标记、62个SSR标记、311个AFLP标记、1个SCAR标记，总长度为4710.05cM的图谱。 王永军（2001）将群体调整为184个家系后，采用166个RFLP标记、60个SSR标记、79个AFLP标记、2个形态标记共计307个标记，作图结果共获25个连锁群，其中20个连锁群可以对应到Cregan的整合图谱上，总长度为3017.9cM。 王永军等以此为基础，进一步增加AFLP、SSR等标记各类标记达945个，获得了另一张含有25个连锁群，总长度为5460.9cM的图谱。发现对同一调整后的群体，在增加标记后主要标记间的次序大致相同，但标记间的遗传距离有所波动。

10. 第六节大豆育种的研究方向 1． 大豆遗传图谱 为获得能用于图位克隆及基因定位的精细图谱，中国科学院遗传研究所和南京农业大学国家大豆改良中心已构建了具有多个育种目标性状多态性的另外8个RIL作图群体，这项工作有待扩展。 正考虑通过已建立的BAC文库构建转录图谱，并希望有机会对大豆基因组进行全序列分析，最后将遗传图谱与转录图谱、物理图谱整合，从而为育种性状的改良提供充足的分子信息依据。

11. 第六节 大豆育种的研究方向 2. 大豆重要性状基因的分子标记与定位 到目前为止，我国已标记和定位了一批重要性状基因: ☆ 抗性包括抗大豆胞囊线虫病（SCN）、抗大豆花叶病毒病（SMV）、抗大豆疫霉根腐病、抗斜纹夜蛾、耐旱、耐盐等， ☆ 品质相关性状如蛋白质含量和和油分含量、大豆脂肪氧化酶缺失， ☆ 产量相关性状，形态性状如根重、窄叶、曲茎、短叶柄、育性等。 大豆重要性状如产量、品质、抗逆性等，主要是由多个基因控制的数量性状，受环境条件影响比较大，中国关于大豆重要性状多年多点的研究较少，而用不同的大豆材料在相同的连锁群区间获得可重复的标记的报道就更鲜见报道。

12. 第六节大豆育种的研究方向 吴晓蕾（2001）、王永军等(2001)在建立遗传图谱的基础上利用科丰1号×南农1138-2的RIL群体进行了大豆农艺、品质性状的QTL定位。结果发现，大豆农艺、品质性状的QTL主要位于N3-B1、N6-C2、N12-F1、N13-F2、N14-G，抗SMV的基因主要位于N8-D1b+W上，说明不同连锁群的功能不同。 （1）控制开花期的QTL位点有7个，2个位于N3-B1，3个位于N6-C2，2个位于N12-F1连锁群上， （2）控制主茎节数的QTL位点有13个，1个在N3-B1，1个在N4-B2，5个在N6-C2，3个在N12-F1，3个在N13-F2连锁群上， （3）控制百粒重的QTL只检测到N3-B1上1个，N9-D2A上1个和N18-K上1个， （4）控制蛋白质含量的QTL和控制油脂含量的QTL情况和控制百粒重的相似。前者检测到位于N3-B1上2个，N8-D1b+W上1个；后者只检测到位于N4-B2上1个，N20-M上3个， （5）控制小区产量共有9个，N6-B2上4个，N12-F1上2个，N14-G上1个，N21-N上2个

13. 2. 大豆重要性状基因的分子标记与定位 相比之下，国外关于大豆重要性状基因的分子标记研究成果已有相当的积累，不仅标记的性状超出了中国的研究范围，获得的标记数目也比较多，而且关于QTL研究一般用多年多点的数据。以具有代表性的Soybase网站公布的数据为例，到2007年1月，已收集了81个性状1174个QTLs。近10多年来已标记的抗病虫性包括抗SMV、抗灰斑病、抗褐茎腐病、抗疫霉根腐病、抗猝死病、抗虫，耐逆如耐缺铁退绿症、耐水淹、耐盐，产量相关性状如株高、倒伏、种子大小、长青春期、开花期、成熟期、光周期不敏感、雄性不育、扁茎、超结瘤，品质性状包括蛋白质和油分、蔗糖、硬脂酸、棕榈酸、7S伴球蛋白等。在这些性状的研究中，以大豆抗胞囊线虫病抗性基因分子标记最有代表性，已有10多年的历史并在不断发展，在位于LG G和LG A2的抗性基因rhg1和Rhg4位点附近鉴定出可重复的QTLs，为这两个位点侯选基因的克隆奠定了基础。

14. 第六节大豆育种的研究方向 3 大豆基因的克隆 （1） 大豆EST(Expressed sequence tag 表达序列标记) 自从在水稻和拟南芥首次报道以来，植物EST研究发展迅速，尤其是在主要粮食作物水稻上。因为它不仅能快速鉴定新的基因，而且所发掘的DNA序列还可用于遗传图谱或物理图谱的构建。 在大豆上，ESTs研究计划于1998年在美国由多家研究单位联合启动，其目标是克隆和解码30万个大豆基因。目前已有60多个cDNA文库构建成功，这些文库由来自不同发育时期的不同的组织器官的mRNA构成，包括：根、茎、叶、花、子叶、分生组织、SCN诱导植株等。所用材料多为美国主栽品种，如Hartwig，Essex，Williams，Williams82、T157、Delsoy5710、Jack、野生豆等。 至2000年7月14日，已得到部分测序的大豆ESTs共86693条 可以预见通过采用Microarray（微阵列）等技术，美国的大豆ESTs计划将鉴定出绝大多数大豆功能基因，对大豆基因组学研究与应用产生深远的影响。。

15. 我国大豆EST研究 中国科学院遗传所业已开展大豆工作，构建了科丰1号在SA胁迫下的cDNA文库，滴度达4.2×107，对3万多个大豆EST进行了测序和聚类分析，结果表明其中包括7536个singletons和2937个contigs。有26个和抗性基因、依赖抗性基因的植物防卫基因以及耐逆相关基因有同源性。根据序列分析结果，发展了600多个大豆新的SSR标记。 通过对数据库中现有的EST聚类分析，将314254个EST聚成56147个unigene，其中76.92%和拟南芥中的基因同源。根据拟南芥基因编码产物的分类将这些unigene进行了注释。和拟南芥不同源的基因认为是大豆特异的基因，这些特异基因主要是编码和节发育以及种子储藏蛋白合成有关的基因。 对5万多个unigene进行分类，发现有61个受水杨酸调节的基因，1322个转录因子，326个抗病基因类似物。SSR分析结果说明大豆基因组比拟南芥和苜蓿均复杂。大豆Unigene基因序列中的GC含量与拟南芥和苜蓿的相似。综合分析EST数据和BAC-contig序列推算出大豆基因组中的总基因数约为63000。

16. 3 大豆基因的克隆 （2）其它功能基因 除ESTs外，从大豆上直接克隆鉴定的基因还相当少。 在抗病基因方面，通过同源序列PCR反应，9-11类抗病基因（R-gene）或相关DNA片段已分离出来（Yu等，1996；Kanazin等，1996）。 贺超英等（2003）从大豆中分离鉴定了一个单拷贝防卫基因克隆，此基因富含脯氨酸命名为SbPRP，全长为760bp，编码一个具有126个氨基酸的蛋白，包括25个氨基酸的信号肽。成熟蛋白SbPRP具有典型的双模块结构，包括富含脯氨酸的结构域（17个氨基酸）和一个长的疏水结构域，因此此蛋白可能锚定于质膜或胞壁。SbPRP的表达具有明显的器官特异性，在叶肉中大量表达而在根中未测出，并且，此基因对水杨酸(SA)及大豆花叶病毒（SMV）的Sa株系接种均作出应答，同时还受一些非生物胁迫如盐、干旱等诱导，因而SbPRP基因可能是一个新的防卫基因。此基因已在Database中注册，登记号为AF248055。

17. 3 大豆基因的克隆 抗虫基因方面，克隆出蛋白酶抑制剂基因（Proteinase inhibitor，PI）。该基因或相关同源物已在很多植物上分离出来，包括拟南芥（Yu，1994）。 在耐盐基因方面，李富鹏（2006）利用RACE技术从大豆中克隆出一个耐盐相关基因STL(GenBank登录号为DQ234265)，该基因全长为1286bp，其中编码区为717bp，编码一个由238个氨基酸组成的蛋白质。STL与拟南芥的耐盐蛋白STO(salttolerance protein,GenBank登录号NP_849598)具有63.6﹪的同源性。RT-PCR分析发现，当用1mol/LNaCl处理大豆叶片不同时间时，大豆STL的表达量并未发生显著变化，与拟南芥STO的表达模式相似，推测STL在大豆中也具有类似的耐盐功能。

18. 3 大豆基因的克隆 大豆耐逆相关基因的研究，张志勇等（2003）克隆了大豆S－腺甘蛋氨酸脱羧酶基因GmSAMDC1，该基因全长为1824bp，编码355个氨基酸。和其它植物的SAMDC类基因比较，GmSAMDC1含有几个高度保守的结构域，包括一个前酶原的酶切位点和一个PEST序列。GmSAMDC1的基因组序列在5’前导序列含有三个内含子，但是在3’非编码区和前酶原的编码区没有内含子。在第二个内含子中有一个SSR，利用这个SSR可将GmSAMDC1定位在D1连锁群。Southern杂交和PCR分析证明在Glycine和Soja亚属间有多态性。Northern分析表明GmSAMDC1受盐、干旱、和冷的诱导，但是不受伤害诱导。

19. 3 大豆基因的克隆 在品质性状基因方面，对大豆植物贮存蛋白（Vegetative Storage Protein，VSP）的研究比较深入。它由两个亚基VSP-α和VSP-β组成，相应基因vspA和vspB已克隆，损伤、干旱、糖、茉莉酸等因子均能诱导这些基因的表达（Staswick等，1991；Mason等，1992）。大豆种子贮存蛋白（Seed Storage Protein，SSP）依沉降系数分为11S球蛋白（大豆球蛋白）、7S球蛋白（主要成分：β-伴球蛋白）和2S球蛋白。其相应基因大部分已分离出来。组成大豆球蛋白（Glycinin）的8种酸性亚基（A1a，A1b，A2，A3，A4，A5，A6，A7）和5种碱性亚基（B1a，B1b，B2，B3，B4）的有关基因具有相似的结构特征，属于多基因家族，都有3个内含子（intron，一个较大，两个较小）。有些SSP基因已用于遗传转化研究中（谈建中、楼程富，2000）。

20. 第六节 大豆育种的研究方向 4. 大豆转基因育种 大豆遗传转化不仅是鉴定基因功能的重要手段，也是培育大豆新品种的重要途径之一。20世纪80年代初王连铮研究员和邵启全研究员等开展的大豆遗传转化研究开创了中国大豆转基因研究的历史。 中国大豆转基因所用的方法包括花粉管通道法、农杆菌介导法、基因枪法、PEG法等。用花粉管通道法转入大豆的基因分为两大类。一类是转入基因组总DNA，除野生大豆和栽培大豆外，还有其他物种，另一类是转入目的基因，如反义PEP基因提高油分含量、抗虫基因、胆碱磷酸转移酶基因等。通过农杆菌介导、基因枪法和PEG法向大豆中转入的外源基因包括抗性相关基因、品质相关基因，工程疫苗相关基因，邻氨基苯甲酸合成酶基因（ASA2），花器官形成有关的非洲菊gaga1基因等。

21. 4. 大豆转基因育种 中国关于转基因大豆的研究除Li等对抗性基因进行了功能检测外，其它绝大多数转基因研究都是对转基因植株进行了抗性标记筛选、PCR检测和Southern杂交，仅仅证明了外源基因已整合到大豆基因组。与国外相比，中国不仅缺乏具有自主知识产权的载体和像Bt和EPSP基因一样具有重大应用前景的基因，而且基因转化和筛选效率有待提高。

22. 4. 大豆转基因育种 国外大豆遗传转化领域的研究起步较早且成功报道很多，转基因方法多为农杆菌介导法和基因枪法，而国内使用较多的花粉管通道法在国外鲜见报道。1988年Hinchee等首次利用农杆菌介导法获得了大豆转基因植株；1989年Parrott等利用基因枪法获得了大豆转基因植株。由于从大豆自身克隆的、功能明确的基因甚少，转化所用基因大多来自其他生物。转移外源的目的基因包括玉米醇溶蛋白基因、脂肪酸脱氢酶基因、甲基转移酶基因等，在功能上涵盖了抗虫、抗除草剂、品质改良和作为生物反应器等。在提高遗传转化效率、去除选择标记等方面取得了长足的进展。

23. 4. 大豆转基因育种 国外转基因大豆产业化引领了世界转基因作物的快速发展。最成功的例子是美国Monsanto公司利用基因枪轰击方法将编码5-烯醇-丙酮酸莽草酸-磷酸合成酶（EPSPS）基因转入大豆，培育出抗除草剂转基因大豆并大面积推广，产业化取得巨大成功。2006年世界大豆主产国美国、巴西、阿根廷的抗草甘膦转基因大豆种植面积已分别达到约92%、66%、99%。抗草甘膦转基因大豆品种在生产上的应用促进了耕作制度的变革，带动了大豆产量的显著提高。

24. 4. 大豆转基因育种 大豆品质改良的转基因研究也取得了重要进展，如转脂肪酸脱氢酶基因大豆，油酸含量达70% （Kinnay，1996），并于1997年获准推广；通过抑制大豆脂肪酸脱氢酶（FAD2）基因和ACP-棕榈酸硫激酶（FatB）基因的表达，减少种子中脂肪酸脱氢酶的含量，同时控制棕榈酸产量，从而实现富集油酸，获得了油酸含量高达85%的大豆新品系并己开始大规模种植。而含高赖氨酸（达12%）的转基因大豆品系比普通大豆高出近一倍（Falco等，1995）。国内培育出转Bt基因大豆和转几丁质酶基因大豆（南相日等，2000；徐香玲等，1999），以期改进大豆的抗虫和抗真菌能力。

25. 4. 大豆转基因育种 国家转基因植物研究与产业化专项在2000年资助了三个与转基因大豆相关的课题，包括： 1）磷高效利用型转基因大豆研究， 2）转基因大豆多抗病虫新品系的选配， 3）转基因无花瓣大豆新种质的创建与利用。 大豆需改良的性状众多，有些可通过常规杂交技术获得，而有些则须通过转基因途径达到目的。

26. 第六节 大豆育种的研究方向 5.大豆品种分子设计育种 作物品种分子设计育种是作物分子育种的理想，它可以实现从传统的经验育种到定向、高效的精确育种的转化。关于作物品种分子设计育种的研究现状及发展趋势，万建民进行了全面的阐述。大豆基因组学、生物信息学等方面的研究积累，以及上面阐述的大豆分子标记辅助育种和转基因育种的成果，为大豆品种分子设计育种的尝试创造了条件。

27. 5.大豆品种分子设计育种 （1）大豆结构基因组研究 陈受宜研究员领导的科研小组利用中国大豆品种科丰1号2周龄幼苗cDNA文库获得29540条ESTs，与国际GenBank中的284717条ESTs相结合，组装出56147个不重复基因序列，推断大豆基因组总的基因数目约为63501个，该研究成果提高了中国在该领域的国际地位，推动了中国加入了国际大豆基因组学研究协作网。国外大豆基因组研究成果远多于中国。到2006年12月，以国外研究成果为主的GenBank已经积累了38余万条大豆EST。为全面解析大豆遗传特性，美国启动了大豆基因组测序计划，目前已经完成测序工作。日本计划在2010年完成两个大豆品种的基因组测序；韩国利用美国构建的BAC文库也在开展工作。相比之下，中国作为大豆起源国、资源大豆和种植大国，尚未开展大豆基因组测序研究。

28. 5.大豆品种分子设计育种 （2）大豆功能基因组研究 采用比较基因组学和筛选文库方法，中国科学家已分离的大豆基因包括大豆生长发育相关基因，品质相关基因，抗性相关基因，转录因子及调控元件，酶类相关基因等。相比之下，国外关于功能基因的研究较早且进展较快。仅在近10年中已鉴定的基因包括大豆品质相关基因，酶类相关基因，抗性相关基因，生长发育相关基因。中国关于已克隆基因的功能研究，基本上是以表达分析为主，而国外则多将序列的变化与表型进行对比，中国克隆的大豆基因直接转入大豆进行功能分析的报道虽然很少，但可与国外的同类研究报道相媲美。这说明中国关于功能基因的研究虽然起步晚，但已达到国际先进水平。

29. 5.大豆品种分子设计育种 （3）模拟与育种方案的选择 关于大豆生长发育的计算机模拟方面的研究，是品种分子设计的关键环节，也是一个新的研究领域，中国目前还未见报道，国外也正处在开始探索阶段。其目的是根据各位点的分子数据设计基因型。目前已经在小麦等作物上得到应用。

30. 第六节 大豆育种的研究方向 五、大豆分子育种发展趋势 1.大豆遗传图谱的信息趋于多元化 根据目前报道的最密遗传图谱的遗传距离（2 523.6 cM）计算，物理距离与遗传距离的比值为436 kb/cM～456 kb/cM，可见在最密的遗传图谱上，物理距离还是很大。在此基础上，应在遗传图谱中增加EST和基因组克隆。同时，遗传图谱与染色体图谱和物理图谱的整合，也是丰富遗传图谱的重要内容。

31. 五、大豆分子育种发展趋势 2.大豆基因的发掘趋向规模化 大豆分子育种发展的关键是基因发掘与利用。到目前为止，利用较大的群体（＞1 000个个体）对大豆重要性状QTL进行精细定位以及用图位克隆法克隆大豆基因的报道已有开端，用转化大豆进行功能验证的基因不乏成功之例，这些研究都为规模化基因发掘与功能鉴定积累了经验。值得重视的是，新发展起来的eQTL(全基因组水平上定位基因表达的QTL)以及对基因表达和代谢产物的研究也是基因规模化发掘的新方法，使关于性状的研究从单个基因的角度已转变为对基因网络的研究，为基因规模化发掘创造了条件。

32. 五、大豆分子育种发展趋势 3. 大豆分子育种技术趋向高效化 大豆分子育种的广泛应用需要高效的分子育种技术。关于育成品种的分子标记研究发现，通过表型进行选择，控制同一表型的不同位点或同一位点的不同等位基因的利用状况是不平衡的；只有利用分子标记选择才能有目的地将多个基因转到优良品种中。在分子标记辅助育种中，除重视单个基因位点的作用外，应考虑不同基因等位基因的作用、基因与基因的互作、基因与环境的互作等；在选择效率方面，建立不同基因的集成检测，尤其是针对不同育种亲本材料和不同性状基因的综合检测方法研究；根据不同育种目标建立配套的选择策略。转基因育种则正由单基因转化向多基因转化转变，同时，关于提高转化效率、定点整合、无筛选标记基因、规模化筛选等也是转基因研究的热点。在品种分子设计育种中，集成传统育种方法、现代生物技术与信息、工程化技术，使大豆分子设计育种研究朝数字化设计与模拟、程序化试验和工厂化生产的方向发展。

33. 五、大豆分子育种发展趋势 4. 大豆分子育种理论的系统化 大豆分子育种是多个学科的有机整合，随着科学技术的进步，仅仅依靠单个学科理论的简单集成已远远不能满足大豆分子育种发展的需要。通过对大量研究成果的总结，发展可指导高效育种的分子育种理论体系，包括基因发掘和应用理论、亲本及后代选择理论、品种设计理论等，已成为必然趋势。 在基因发掘和应用方面，据估计，大豆含有6万余个基因，这些基因在基因组中的分布是不均匀的，其作用受到网络的调控，应该发展系统地、高效地发掘大豆优异基因的理论，系统回交导入系的培育和在基因发掘中的利用可能是重要的方法之一。在亲本及选择方面，仅仅考虑性状或基因型互补是不够的，基因与基因互作、基因与环境互作等因素也不可忽视，尤其是对大豆基因组的深入了解，使在基因组学和表型组学等多个角度考虑选择成为可能。在品种设计方面，如何构建品种设计系统，使易受环境影响的随机农业变为可操控的数字化、流程化的工业体系，是未来品种设计理论发展的核心。

34. 结束语 我们还应清楚的看到，分子育种的发展离不开常规育种，而且在今后相当长的一段时间内，常规育种方法在大豆品种选育中将起重要的主导作用。然而，以抗除草剂转基因大豆品种为代表的大豆分子育种在全球的发展事例证明，大豆分子育种正在并将在大豆育种中发挥越来越大的作用。

35. 谢 谢 大 家 !