大豆籽粒異黃酮及其組分含量遺傳分析

大豆籽粒異黃酮及其組分含量遺傳分析

大豆異黃酮是一種多酚類化合物。它的組成和存在形式主要包括磺酰胺、大豆苷元、大豆苷元等。自然情況下主要以染料木甙（genistin）和大豆甙（daidzin）等9種葡糖甙構成。關于甙元的代謝產(chǎn)物、代謝途徑已基本搞清。染料木素和黃豆甙元作為大豆異黃酮的甙原的主要成分，對抑制癌細胞的增殖具有特異作用，而被認為是大豆異黃酮中具有預防和治療癌癥最有效的形式。大豆異黃酮（isoflavone）是大豆體內特別是種子中積累的一類次生代謝產(chǎn)物。早期發(fā)現(xiàn)它是引起大豆食品苦澀味的主要因子之一，但近幾年證實它又具有特殊的生物效能[6,7,8,9,10,11,12,13,14]，表現(xiàn)在具有弱雌激素活性、抗氧化活性、抗溶血活性和抗真菌活性，能有效預防和抑制白血病、骨質疏松、結腸癌、肺癌、骨癌、胃癌、乳腺癌和前列腺癌、婦女更年期綜合癥等多種疾病的發(fā)生，尤其是對乳腺癌和前列腺癌有良好的預防和治療作用。genistein抗癌機制的研究成為熱點，現(xiàn)已提出了幾種可能的機制，包括：性激素調節(jié)作用；抑制酪氨酸蛋白激素酶活性，抑制拓撲異構酶活性、抗氧化作用、誘發(fā)癌細胞凋亡及增加藥效等。因此，大豆異黃酮及其組分具有多種生理作用，已廣泛應用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)。自然界中異黃酮資源十分有限，大豆是惟一含有異黃酮且含量在營養(yǎng)學上有意義的食物資源，其變化范圍約為0.5～0.7mg·g-1干大豆，不同大豆品種中大豆異黃酮含量不同。大豆異黃酮在大豆中主要分布于大豆種子的子葉和胚軸中，子葉中約為0.1%～0.3%，胚軸中所含異黃酮種類較多且濃度較高，所占比例卻很少（10%～20%）；種皮中異黃酮含量極少。對中國不同生態(tài)類型的大豆品種進行分析，發(fā)現(xiàn)中國大豆品種異黃酮含量的變幅比日本和巴西品種更大，說明中國大豆異黃酮種質資源豐富。研究表明，不同大豆品種的大豆異黃酮含量顯著不同；同時，大豆異黃酮含量受多種內外因素的影響，其中遺傳因素是重要的影響因子之一，而關于大豆品種籽粒異黃酮及其組分含量的配合力和雜種優(yōu)勢研究，國內外尚未見報道。為此，本文的研究將對大豆異黃酮及其組分的育種合理選配親本，雜種優(yōu)勢利用提供理論依據(jù)。1研究構建與．本研究于2001～2002年在河南省農(nóng)業(yè)科學院試驗田進行。供試品種選用4個較高異黃酮品種：鄭92116、豫豆29、豫豆25、豫豆22，異黃酮含量（μg·g-1）分別為4500、4300、3700、3600;4個較低異黃酮品種：豫豆23、鄭90007、豫豆19、鄭長青14選，異黃酮含量（μg·g-1）分別為2500、2300、1900和1700左右。以鄭92116(P1）、豫豆29(P2）、豫豆23(P5）、鄭90007(P6）為母本，以豫豆25(P3）、豫豆22(P4）、豫豆19(P7）、鄭長青14選（P8）為父本，按NCⅡ交配設計配制16個組合，次年將這16個組合的F1和8個親本一起種植。試驗隨機區(qū)排列，3次重復，單行區(qū)，行長1.5m，行距40cm，株距14cm。田間記載生育期，收獲時去掉頭上一株，其余按順序依次拔取10株進行室內考種。異黃酮含量測定：采用島津高效液相色譜儀（LC-6A），用高效液相色譜法定性定量測定樣品中的異黃酮含量。配合力分析：按NCⅡ交配設計分析程序進行一般配合力（GCA）和特殊配合力分析（SCA）。雜種優(yōu)勢分析：中親優(yōu)勢（%）=（F1-MP）/MP×100超高親優(yōu)勢（%）=（F1-HP）/HP×100雜種優(yōu)勢指數(shù)（%）=hF1/MP×100MP為雙親平均值，HP為高親值，hF1為雜交種F1某一數(shù)量性狀的數(shù)值。2結果與分析2.1單-份分析2.1.1ssr-pcr擴增多態(tài)性各性狀及組合間方差分析結果（表1）說明，籽粒異黃酮含量、染料木素、黃豆甙元、大豆甙元、染料木甙、大豆甙各個性狀組合間，均達到0.01的顯著水平。同時，分析結果還表明，籽粒異黃酮含量和黃豆甙元中母本GCA和母×父SCA均達0.01的顯著水平而父本GCA不顯著，并且VG/VS小于1，說明籽粒異黃酮含量和黃豆甙元既受加性效應又受非加性效應的影響；染料木甙GCA和SCA均不顯著，方差之比等于0，說明染料木甙主要受非加性效應控制；染料木素中母本GCA和母×父SCA均達0.01的顯著水平而父本GCA不顯著，并且VG/VS大于1，說明染料木素既受加性效應又受非加性效應的影響，此性狀的遺傳以加性效應為主；大豆甙元和大豆甙中母本GCA、父本GCA和母×父SCA均達0.01的顯著水平，并且VG/VS大于1，說明大豆甙元和大豆甙這2個性狀的遺傳以加性效應為主。2.1.2一般配合力效應在親本選配中，一般配合力（GCA）是對加性效應的度量。由于加性效應易被較穩(wěn)定地遺傳，所以研究諸性狀的GCA大小在選配親本中具有重要意義。8個親本的籽粒異黃酮及其組分含量的GCA值列于表2。從表2看出，同一性狀不同親本的GCA效應差異較大。P4籽粒異黃酮含量的GCA效應為9.79,P1在此性狀上的GCA效應最小為-7.87。籽粒異黃酮含量母本GCA大小順序為P4>P2>P1>P3，父本GCA順序為P6>P7>P8>P6；染料木素、黃豆甙元、大豆甙母本GCA順序為P2>P4>P1>P3，父本GCA順序為P6>P8>P5>P7,8個親本在同一性狀上的GCA效應大小總體順序為P2>P4>P6>P7>P8>P5>P1>P3。即表現(xiàn)為同一性狀高異黃酮含量親本的GCA效應不一定高于中、低異黃酮含量親本的GCA效應，例如P1、P2都屬于高異黃酮含量親本，但是P2的GCA效應值遠遠大于P1的GCA效應值；同樣P3、P4都屬于中高異黃酮含量親本，但是P4的GCA效應值遠遠大于P3的GCA效應值；同一親本不同性狀的GCA效應也不一樣，往往在某些性狀上表現(xiàn)較差，而在另些性狀上表現(xiàn)突出。如GCA效應較低的P5，雖然5個性狀GCA均表現(xiàn)為負值，但黃豆甙元含量的GCA值高達3.43；相反，同一親本不同性狀的GCA效應在某些性狀上表現(xiàn)突出，而在另些性狀上表現(xiàn)較差。如GCA效應較高的P2，雖然5個性狀GCA均表現(xiàn)為較高值，但染料木甙的GCA值卻只有0.39。各性狀親本值的高低與GCA效應值的大小不一致，就本試驗而言，異黃酮含量不同的品種在各性狀上的GCA值沒有顯著的區(qū)別。4個高異黃酮親本（P1P2P3P4）中，其中親本P2和親本P4的6個性狀的GCA都是正值，親本P1和親本P3的6性狀皆為負值；4個低異黃酮親本（P5P6P7P8）中的6個性狀的GCA值，相比之下親本P6、P7高于P5、P8的GCA效應值；4個低異黃酮親本中的P6、P7、P8在6個性狀GCA效應值中絕大多數(shù)都大于異黃酮含量高的P1和P3。因此，在高異黃酮大豆育種的親本選配中，除要求親本本身的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量因素表現(xiàn)較好及異黃酮含量外，還要注意選配GCA效應值大的做親本，以期在后代中能選育目標性狀的材料。2.1.3特征性狀sca總體效應的顯著性分析基因的非加性效應作用的結果。這一效應一般只在雜交后才表現(xiàn)出來，較難在上下代之間穩(wěn)定遺傳，但在優(yōu)良組合選配上具有特殊意義。由表3可見，同一組合不同性狀的SCA效應有較大差異，如P1×P8組合，大豆甙為31.47，而染料木甙含量卻為-21.84；又如P1×P5組合，染料木甙含量33.27，而大豆甙卻為-11.42；同一性狀不同組合的SCA效應的變異也很大，例如籽粒異黃酮含量在不同組合間的變幅為-25.74～24.83，而大豆甙變幅為-41.78～31.47。通過對4種類型間及同一類型不同組合間的差異顯著性分析表明,在16個組合的4種類型間差異達顯著水平。就各類型間性狀SCA總體效應表現(xiàn)來看,高×高類型各性狀SCA效應表現(xiàn)都較高,低×低類型次之,高×低類型第三,低×高類型表現(xiàn)最不好,其中也有個別例外的組合。低×低類型的組合因親本異黃酮含量較低,后代中異黃酮含量也都較低,較難從中選出高異黃酮含量材料。雖然低×低類型各性狀SCA效應較高,但無實際意義。因此,在選配親本時,最好選擇高×高類型或高×低類型。這說明如果以高異黃酮含量材料作母本,父本無論是高異黃酮材料,還是低異黃酮材料,都可以從中找出較高SCA效應的親本組合。同一類型的4個組合中SCA效應有一定差異,故同類型間可采用較為靈活的雜交組合方式。具有共同親本的組合,其SCA效應也表現(xiàn)有一定差異。如在籽粒異黃酮含量、染料木素、黃豆甙元、大豆甙元、染料木甙、大豆甙6個性狀中P2×P7的SCA效應皆為正值,而P2×P8卻全為負值。而且有一親本相同的組合,其SCA效應的大小順序并不同于另一親本本身在該性狀上所表現(xiàn)的大小順序,如親本籽粒異黃酮含量的GCA從高到低順序為P4>P7>P8>P3,但與P1雜交后,雜種組合的SCA順序卻為P1×P3>P1×P7>P1×P4>P1×P8。2.2ssr各性狀的優(yōu)勢表4列出了籽粒異黃酮含量及其組分含量的平均雜種優(yōu)勢及變異幅度。從表4的雜種優(yōu)勢可知，除黃豆甙元和大豆甙的中親優(yōu)勢達正值水平外，其余性狀的中親優(yōu)勢及超親優(yōu)勢均為負值，并且大多數(shù)性狀的雜種優(yōu)勢指數(shù)小于100%。這說明獲得F1代異黃酮含量的雜種優(yōu)勢（尤其是超親優(yōu)勢）要難得多。從表4還可看出，各性狀的變異幅度差異較大，從極距來看有正有負，這表明，這些性狀中盡管有些組合表現(xiàn)低于雙親，但也有正向優(yōu)勢的組合，說明通過選擇還是可以選出較好后代甚至超親類型。3微織構基因的選擇和利用3.1大豆籽粒異黃酮及其組分含量在品種間及組合間表現(xiàn)有一定的差異，在選配組合時，應慎重選擇親本。籽粒異黃酮組分在籽粒中的絕對含量和相對含量差異較大，遺傳行為各有不同，應根據(jù)其特點進行后代選擇。染料木素、大豆甙元和大豆甙這3個性狀的遺傳以加性效應為主，故對此3性狀在后代中的選擇是有意義的。由于染料木素和大豆甙元應用價值重大，在以醫(yī)藥和保健價值為目標的優(yōu)質大豆育種中，可在高代材料中進行染料木素和大豆甙元含量的篩選，以提高其品質。染料木甙主要受非加性效應控制，遺傳以基因的非加性效應為主，但從本試驗看，在后代中對此性狀的直接選擇是很困難的。3.2大豆籽粒異黃酮含量是一個非常活躍的因素，易受環(huán)境條件的影響而表現(xiàn)出較大幅度差異。但越來越多的試驗指出，籽粒異黃酮含量的差異不僅是環(huán)境的作用，更重要的是品種的遺傳差異。高異黃酮品種在不同環(huán)境條件下，大都仍然保持比一般品種較高的異黃酮含量。本研究表明，高異黃酮品種GCA較高，且以高異黃酮品種作為雜交母本，采用高×高或高×低組合類型，在后代中有可能選出高異黃酮材料。這在大豆品質育種中為指導親本合理選配、減少盲目性提供了理論依據(jù)。3.3對雜種優(yōu)勢的分析結果表明，控制籽粒異黃酮及其組分的有關基因在各組合中作用不同。在雜種中親優(yōu)勢中，除黃豆甙元含量和大豆甙表現(xiàn)為正向優(yōu)勢外，其它均表現(xiàn)為負向優(yōu)勢。因此，正確地選配親本是利用雜種優(yōu)勢的關鍵。在本試驗中，雜種優(yōu)勢的變幅很大，這種變異還有待于更深入的研究。3.4在大豆異黃酮的育種選擇過程中，要想獲得理想的基因組合，一是采用雙親異黃酮含量均高或均低的組合，這樣的組合出現(xiàn)正向或負向超親的機會較少，但高含量或低含量異黃酮的個體較多。另一途徑可通過超親來達到理想目的，超親率高的組合雖然雙親并不十分優(yōu)良，但大量的超親現(xiàn)象可以稱補雙親的不足，使后代擁有較多的優(yōu)良個體；而那些中