《The Crop Journal》：Fine-mapping of a gene associated with pod number in the lower parts of soybean plants and evaluating molecular-design breeding schemes
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大豆植株下部的荚粒数量是限制产量的关键因素，但其遗传调控机制尚不清楚。本研究通过四向重组自交系(FW-RIL)群体和种质资源(GP)群体的关联分析，定位了25个QTL和93个QTN，并通过连锁不平衡(LD)区块分析，鉴定出与大豆植株下部荚数(PNL)相关的候选基因Glyma.09G040000。在此基础上，建立了分子辅助选择(MAS)模型，并通过模拟育种筛选出16个能使后代PNL基因型效应值超过育种目标的高产杂交组合，为大豆分子育种提供了重要理论依据和技术支持。
大豆，作为全球最重要的油料和蛋白作物之一，其高产稳产一直是育种家的核心目标。然而，一个长期被忽视的难题是：豆荚在植株上的分布并不均匀，尤其是植株下部，由于光照和通风条件较差，豆荚数量通常远少于中上部。这种不均衡分布，直接限制了大豆整体产量的提升潜力。为了“查清”并解决这个“短板”问题，研究者们将目光聚焦于大豆植株下部荚数这一关键性状，旨在揭示其遗传基础，并为培育高产大豆品种提供精准的分子育种方案。相关研究成果发表在《The Crop Journal》上。
为了攻克这一难题，研究人员组建了两个关键“战队”：一个是由四个亲本杂交衍生的144个家系的四向重组自交系群体，用于传统的连锁分析；另一个是包含455份大豆种质资源的群体，用于在全基因组范围内寻找关联位点。研究在多个环境中对这两个群体的植株下部荚数进行了系统的表型鉴定。在技术方法上，研究综合运用了数量性状位点定位、基于多种模型的多点全基因组关联分析、连锁不平衡区块分析、候选基因预测与单倍型分析，并创新性地利用基于B4L模块的计算机模拟育种平台，对不同杂交组合和育种方案的预期效果进行了大规模模拟与优化。
3.1. 植株下部荚数表型的变异
研究人员发现，在两个群体中，植株下部荚数在不同环境间均存在显著差异，且基因型效应以及基因型与环境的互作效应均达到极显著水平。表型数据的偏度和峰度值表明该性状受多基因控制。FW-RIL群体和GP群体的广义遗传力分别为0.62和0.38，说明GP群体中该性状的表达对环境变化更为敏感，更适合用于检测环境特异的数量性状核苷酸。
3.2. FW-RIL群体中植株下部荚数的QTL
通过连锁分析，在17条染色体上共检测到25个与植株下部荚数相关的QTL，其中6个QTL的表型贡献率超过10%，被视为主效QTL。qPNL-9-1和qPNL-10-1在两个不同环境中被重复检测到。
3.3. GP中植株下部荚数的全基因组关联研究
利用五种多基因座关联分析方法，在20条染色体上共鉴定出93个QTN。其中有5个QTN与QTL分析中表型贡献率高的6个QTL在基因组位置上共定位，提示这些位点可能是调控植株下部荚数的关键区域。
3.4. QTN的连锁不平衡区块
对上述5个共定位QTN两侧各70 kb的区域进行连锁不平衡分析，其中4个QTN周围形成了明确的LD区块，大小在50 kb至107 kb之间，这为后续候选基因的搜索划定了精确区间。
3.5. 候选基因的预测与验证
在4个LD区块内共搜索到33个基因。结合基因表达谱和功能注释，初步筛选出6个潜在候选基因。通过分析173份种质的全基因组测序数据和表型数据，发现基因Glyma.09G040000外显子区的不同单倍型所对应的植株下部荚数存在显著差异。其中H-II单倍型在多个环境下均表现出显著高于野生型H-I单倍型的植株下部荚数值，被确定为优势单倍型。Glyma.09G040000编码一个B型响应调节子，是细胞分裂素信号转导通路中的关键转录因子。
3.6. 候选基因不同单倍型在中国的分布
基于1917份大豆种质的地理和基因序列数据分析发现，除甘肃、宁夏、浙江和海南外，中国大部分地区携带H-I单倍型的大豆种质多于携带优势H-II单倍型的种质。
3.7. 分子辅助选择模型与优良等位基因分布
基于GP中93个QTN建立的分子辅助选择模型，可以解释植株下部荚数52.53%的表型变异。通过计算机模拟育种，在103,285个杂交组合中，筛选出16个杂交组合，其杂交后代中可产生17个基因型效应值大于16（设定的育种目标）的个体，这些个体携带的优良等位基因数在38至53个之间。模拟比较了平滑系谱选择和混合选择等不同育种方案的效果。
本研究成功解析了大豆植株下部荚数这一重要产量性状的遗传基础。通过整合连锁分析与关联分析，不仅验证和发现了多个调控位点，更重要的是精细定位并验证了一个关键候选基因Glyma.09G040000。该基因作为细胞分裂素信号通路的核心组分，其优势单倍型能够显著提高植株下部荚数，这为深入理解豆荚形成的分子调控网络提供了新线索。研究构建的分子辅助选择模型和模拟育种方案，将理论发现与育种实践紧密衔接。模拟筛选出的高产杂交组合及优化育种策略，能够有效聚合优良等位基因，显著提升后代的预期产量潜力，克服了传统田间育种周期长、成本高的局限。这项工作不仅丰富了大豆产量性状的遗传资源，更展示了一条从基因挖掘到设计育种的完整技术路径，为大豆分子设计育种的实践提供了有力的理论支持和技术工具，对推动大豆高产育种具有重要意义。
