全基因组关联分析蔗糖和丙氨酸含量毛豆gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

毛豆、蔬菜或食用大豆,是一种营养食品的蛋白质来源,异黄酮、膳食纤维和维生素(gydF4y2BaMahoussi et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2BaCarneiro et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2BaDhakal et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2BaYu et al ., 2022gydF4y2Ba)。毛豆一直在种植和消费的东亚国家几个世纪以来和记录毛豆品种主要是源于这个区域(gydF4y2BaCarneiro et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2BaDhakal et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2BaYu et al ., 2022gydF4y2Ba)。在过去的二十年里,本地生产和繁殖适应毛豆品种已报告在北美,及其消费增加了(gydF4y2Ba沃尔夫et al ., 2018gydF4y2Ba)。更多的注意力都集中在毛豆作为潜在的替代作物种植者和处理器中大西洋中部和东南部美国(gydF4y2Ba卡森et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba一边et al ., 2016gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

通常,毛豆吃零食或添加到沙拉,炖菜和汤(gydF4y2BaKumar et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaCarneiro et al ., 2021gydF4y2Ba)。感觉毛豆的调查表明,毛豆bean的甜蜜与消费者接受(呈正相关gydF4y2BaYu et al ., 2022gydF4y2Ba)。两个组件,蔗糖和阿拉巴马州的主要贡献者的甜味毛豆产品(gydF4y2Ba侯et al ., 2009gydF4y2Ba;gydF4y2BaYu et al ., 2022gydF4y2Ba)。促进国内生产和消费的毛豆,品种改良的种子需要甜蜜毛豆产品符合美国消费者的期望。因此,除了提高营养含量和毛豆的农艺特性,育种者还必须考虑毛豆感官属性,如外观、风味和质地,特别甜蜜,增加国内市场(gydF4y2BaCarneiro et al ., 2020gydF4y2Ba)。新开发的毛豆品种和改善自然种子甜蜜还有助于减少补充添加人造甜味剂。gydF4y2Ba

大豆种子干物质基础上通常包含大约35%的碳水化合物,其中约40%和60%可溶性糖和不可溶性糖,分别为(gydF4y2Ba隋et al ., 2020gydF4y2Ba)。可溶性糖通常由5%蔗糖、1.5%蜜三糖,3%水苏糖(gydF4y2Ba王et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba隋et al ., 2020gydF4y2Ba)。蔗糖含量的大豆到达之间有很大的差别。栽培和野生大豆种子的蔗糖含量通常是4 - 6%和3 - 4%,分别为(gydF4y2Ba隋et al ., 2020gydF4y2Ba)。众多基因研究蔗糖含量的遗传大豆种子已报告。基于重组近交系(瑞来斯)人口之间的交叉v71 - 370和π407162,17个QTL与蔗糖相关内容确定了染色体(杆)5、7、8、13、15、19和20 (gydF4y2Ba莫恩et al ., 2000gydF4y2Ba)。使用“Keunolkong”×瑞来斯人口Shinpaldalkong交叉,六个QTL与蔗糖含量对应2、11、12、16和19gydF4y2Ba金正日et al ., 2005gydF4y2Ba)。主要QTL在空空的6 Sat_213-Satt643间隔被确认来自两个FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba人口,这就可以解释观察到的遗传变异的76%蔗糖的内容(gydF4y2BaSkoneczka et al ., 2009gydF4y2Ba)。一个蔗糖QTL在空空的11日报道从FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba人口来自v97 - 3000×v99 - 5089 (gydF4y2Ba王et al ., 2014gydF4y2Ba),而四个QTL被确定在空空的6日8、16和20之间gydF4y2Bag·马克斯gydF4y2Ba(威廉姆斯82 (WM82))gydF4y2Ba野生大豆gydF4y2Ba(π483460 b) (gydF4y2Ba帕蒂尔et al ., 2018gydF4y2Ba)。五个snp位于科4、6、7、11和12是发现与蔗糖含量的全基因组关联研究(GWAS)分析178不同的大豆登记入册(gydF4y2Ba隋et al ., 2020gydF4y2Ba)。总之,总共有362个snp, 31 bi-parental QTL(数量性状位点)识别与大豆蔗糖含量。另一个主要甜味贡献者,阿拉巴马州的内容也不同大豆种子,15 - 23毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba干种子(gydF4y2Ba秦et al ., 2019gydF4y2Ba)。GWAS报道11单核苷酸多态性与阿拉巴马州相关内容在大豆种子(gydF4y2Ba秦et al ., 2019gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

下降型的费用和统计方法已得到改进,GWAS已经成为一种很流行的方法,理解复杂性状的遗传基础,使更简洁繁殖的各种作物物种包括大豆、棉花、小麦、水稻、玉米和高粱(gydF4y2Ba汗et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba刘et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba江et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2Ba隋et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2BaGahlaut et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2Ba时et al ., 2022gydF4y2Ba;gydF4y2Ba歌手et al ., 2022gydF4y2Ba)。GWAS也是互补的QTL定位和连锁分析,在QTL分析处理连续变化的轨迹特征的贡献虽然GWAS研究等位基因之间的关系和特征(gydF4y2Ba刘et al ., 2018gydF4y2Ba)。在大豆,GWAS被用来描述复杂的分子基础特征,因为它大大增加了一系列表型变化基于历史的积累重组事件。具体来说,GWAS已经用于农艺性状(gydF4y2BaChang et al ., 2018gydF4y2Ba),种子品质性状包括蛋白质,油和脂肪酸含量(gydF4y2BaZhang et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba赵et al ., 2019gydF4y2Ba)、抗病性(gydF4y2Ba汉森et al ., 2018gydF4y2Ba)和非生物胁迫的适应(gydF4y2Ba做et al ., 2019gydF4y2Ba)。基因组测序的进步加速了分辨率和精度在大豆研究(GWAS的应用gydF4y2Ba李et al ., 2015gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

因为毛豆是收获种子成熟时,毛豆的化学特性,尤其是蔗糖和阿拉巴马州水平不同于那些在干燥的大豆种子。结果,遗传基础负责蔗糖和阿拉巴马州毛豆和干种子之间的内容可能有所不同。本研究的目的是探讨与蔗糖和阿拉巴马州内容相关的基因在毛豆GWAS的方法,以便更好地协助毛豆育种在感官和风味。gydF4y2Ba

方法和材料gydF4y2Ba

植物材料gydF4y2Ba

189收集毛豆登记入册(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)种植在布莱克斯堡(弗吉尼亚州)Portageville(密苏里州)和费耶特维尔(阿肯色州)在2018年和2019年。种子播种在3 m行和行间距0.75米(播种率约为70000株/公顷)。田间试验与三到四个复制进行随机完全区组设计(RCBD)。毛豆在R6-R7收获阶段bean时满80 - 90%的豆荚能力量化蔗糖和阿拉巴马州的内容。gydF4y2Ba

蔗糖的测量内容和阿拉巴马州毛豆中的内容gydF4y2Ba

蔗糖和阿拉巴马州的内容在毛豆测量使用描述的过程gydF4y2BaYu et al。(2021)gydF4y2Ba(gydF4y2BaYu et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2BaYu et al ., 2022gydF4y2Ba)。短暂,冻干豆子磨成粉通过500μm筛。随后,0.15克的粉混合1.5毫升的去离子的水(DI)然后动摇了在室温下2小时。混合物在13500 g离心10分钟,和750年μL上层清液的收集和动摇与同等容积的乙腈10分钟。与另一个离心机在10分钟13500克、750μL上层清液由0.20 -μm收集和过滤膜过滤。直通测定蔗糖和阿拉巴马州的内容通过高效液相色谱法(HPLC)。gydF4y2Ba

高效液相色谱法测定蔗糖含量和示差折光检测器(去掉)(美国安捷伦科技,圣克拉拉,CA)。卢娜ω3μm糖列(150×4.6毫米,Phenomenex托兰斯,CA,美国)申请了糖在40°C,乙腈/水分离(25 v: v)作为流动相。流量是1毫升/分钟和5μL注入体积。gydF4y2Ba

阿拉巴马州确定内容,使用在线衍生化高效液相色谱法进行o-Phthalaldehyde (OPA)和安捷伦AdvanceBio氨基酸分析(AAA) C18柱和1200二极管阵列检测器在λ= 338海里。流动相包含10毫米NagydF4y2Ba_2gydF4y2BaHPOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba,10毫米NagydF4y2Ba_2gydF4y2BaBgydF4y2Ba_4gydF4y2BaOgydF4y2Ba_7gydF4y2BapH值为8.2,流动相B混合乙腈、甲醇、去离子水(45:45:10 v v: v)流量被设定为1.5毫升/分钟,梯度程序与细节描述的分离gydF4y2BaYu et al。(2021)gydF4y2Ba。每个样本的蔗糖和阿拉巴马州的测量有两个技术复制平均占变异生物和设备。gydF4y2Ba

人口结构分析gydF4y2Ba

判别分析的主要组件(DAPC)的人口结构进行了评估小组通过使用R (adegenet包中gydF4y2BaJombart et al ., 2010gydF4y2Ba)。共有三个主成分保留累计方差最大化和贝叶斯信息准则(BIC)是用来确定一个最优数量的集群。gydF4y2Ba

表型调整利用最佳线性无偏估计量gydF4y2Ba

最佳线性无偏估计(蓝色)的基因型推断而占系统的影响。蓝色的价值观得到使用下面的方程,gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaygydF4y2Ba_ijkgydF4y2Ba是一个向量的蔗糖或阿拉巴马州的内容吗gydF4y2BakgydF4y2Bath基因型的gydF4y2Ba我gydF4y2Bath复制和gydF4y2BajgydF4y2Bath环境,gydF4y2BaμgydF4y2Ba是大的意思,gydF4y2BargydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是复制的固定效果,gydF4y2BabgydF4y2Ba_jgydF4y2Ba是环境的固定效应(分析)相结合,gydF4y2BaggydF4y2Ba_kgydF4y2Ba基因型的固定效果,gydF4y2BaegydF4y2Ba_ijkgydF4y2Ba是剩余的模型。gydF4y2Ba

全基因组关联分析gydF4y2Ba

的遗传信号与蔗糖含量和阿拉巴马州的相关内容在毛豆被确定使用SoySNP50K iSelect BeadChip (gydF4y2Ba歌et al ., 2013gydF4y2Ba)。41985个snp和特征之间的关系是决定使用一个混合线性模型(传销)中实现R包rrBLUP (gydF4y2BaEndelman 2011gydF4y2Ba)。总的来说,我们10表型数据集生成探索的snp与蔗糖和阿拉巴马州的相关内容。有六个数据集对于六个人环境,布莱克斯堡在2018年或2019年,在2018年或2019年Portageville,费耶特维尔在2018年或2019年。同一位置的两年的数据结合起来,显示为:布莱克斯堡联合数据集,Portageville联合数据集,数据集和费耶特维尔的总和。最后,蓝色(gydF4y2Ba哈斯莱特Puntanen, 2009年gydF4y2Ba了调整表型数据所有位置的得分和年。gydF4y2Ba

修改Šidak校正(gydF4y2BaαgydF4y2Ba_sidgydF4y2Ba= 1−(1−gydF4y2BaαgydF4y2Ba)gydF4y2Ba^{1 /gydF4y2Ba米gydF4y2Ba})为多个测试被用来推导统计显著性阈值。有效的标记(gydF4y2Ba米gydF4y2Ba_effgydF4y2Ba)计算取代gydF4y2Ba米gydF4y2Ba,因此,调整意义阈值gydF4y2BaαgydF4y2Ba= 5%,暗示阈值gydF4y2BaαgydF4y2Ba= 10% (gydF4y2BaPgydF4y2Ba)> 3.01 (gydF4y2BaPgydF4y2Ba)> 2.70,分别为(gydF4y2Ba李记,2005年gydF4y2Ba)。R包ggplot2和dplyr用于生成曼哈顿和quantile-quantile (QQ)的阴谋。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

蔗糖和阿拉巴马州内容的统计和差异分析gydF4y2Ba

均值、标准差和蔗糖含量的分布计算和分析(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba和gydF4y2Ba表S2gydF4y2Ba)。蔗糖含量在所有环境中显示正常,连续分布的总平均47.84毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的豆子和平均标准偏差(SD)的16.06毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的bean。毛豆蔗糖分布显示了所有环境(gydF4y2Ba图1一个gydF4y2Ba2018年和2019年),布莱克斯堡(gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba2018年至2019年),Portageville (gydF4y2Ba图1 cgydF4y2Ba2018年至2019年),费耶特维尔(gydF4y2Ba图1 dgydF4y2Ba)。具体地说,2018年布莱克斯堡,2019;Portageville 2018, 2019;2019年和2018年费耶特维尔,环境手段和SDs的42.29,65.77,39.98,44.47,37.38,和48.10毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的豆子和8.39,18.34,8.29,14.07,15.17和11.98毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba分别g新鲜豆。gydF4y2Ba

作为另一个重要的贡献者为客户(毛豆甜蜜gydF4y2BaYu et al ., 2021gydF4y2Ba)、均值、标准差和阿拉巴马州的内容分布在新鲜毛豆也检查和调查(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba和gydF4y2Ba表S2gydF4y2Ba)。通常,阿拉巴马州的内容比蔗糖更大大不同。毛豆阿拉巴马州分布显示了所有环境(gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba2018年和2019年),布莱克斯堡(gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba2018年至2019年),Portageville (gydF4y2Ba图2 cgydF4y2Ba2018年至2019年),费耶特维尔(gydF4y2Ba图2 dgydF4y2Ba)。费耶特维尔Ala内容显示正常,连续分布虽然在其他环境中显示倾斜分布。它有一个大的均值1.51毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的豆子和平均1.20毫克的SD ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的bean。2018年布莱克斯堡,2019;Portageville 2018, 2019;2019年和2018年费耶特维尔,环境Ala内容手段和SDs的0.91,1.62,1.83,1.60,1.53,和1.72毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的豆子和0.68,1.54,0.96,1.38,0.96和1.07毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba分别g新鲜豆。样品生长在布莱克斯堡2019年阿拉巴马州含量要明显高于2018年阿拉巴马州的内容在毛豆从其他两个位置没有显示显著差异在2018年和2019年。gydF4y2Ba

分析人口结构gydF4y2Ba

尽管毛豆的消费增加了在美国在过去的20年中,大多数毛豆还从亚洲进口的(gydF4y2Ba沃尔夫et al ., 2018gydF4y2Ba)。因此,在目前的研究中,所有到达最初来自东亚,包括韩国、朝鲜、日本、中国大陆和台湾,中国除了π548624,来自特拉华州,美国。gydF4y2Ba

使用R包DAPC,常用在GWAS (gydF4y2BaJombart et al ., 2010gydF4y2Ba),189毛豆到达被分为三个基因簇(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba)。集群我27日到达,都是来自韩国的分类在成熟的第四组(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)。集群II 54登记入册包括49来自韩国,来自中国北方的两个来自朝鲜,两个,一个来自日本。从ars-grin.org成熟组信息,大部分种质在这个集群仍然属于第四组(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)。其余毛豆登记入册分为集群三世与多样性的地理起源和成熟度相对较高(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)。具体地说,这个集群包括来自日本的75年,21岁来自韩国,两个来自朝鲜,一个来自美国,6来自中国大陆,和三个来自台湾,中国与成熟组织从第三到第六。gydF4y2Ba

单核苷酸多态性与蔗糖和阿拉巴马州GWAS的内容gydF4y2Ba

单核苷酸多态性与蔗糖含量确定使用传销。单核苷酸多态性与毛豆蔗糖和阿拉巴马州的内容是由日志的重要和暗示的阈值gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba(P) > 3.01 (gydF4y2BaαgydF4y2Ba= 0.05,蓝线在曼哈顿的阴谋gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2BaS1gydF4y2Ba,gydF4y2BaS2gydF4y2Ba)和日志gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba(P) > 2.70 (gydF4y2BaαgydF4y2Ba= 0.10,红线在曼哈顿的阴谋gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2BaS1gydF4y2Ba,gydF4y2BaS2gydF4y2Ba),使用修改后的Šidak (gydF4y2Ba李记,2005年gydF4y2Ba)调整。gydF4y2Ba

共有43个snp被认定为与蔗糖含量至少两个表型数据集(gydF4y2Ba表S3gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba和gydF4y2Ba图S1gydF4y2Ba可视化SNPs和蔗糖含量之间的关联个人数据集和数据相结合,分别。gydF4y2Ba

费耶特维尔2018数据集,费耶特维尔2019数据集,费耶特维尔结合数据集有四个,16日和22重叠单核苷酸多态性有关,分别;Portageville 2018数据集,Portageville 2019数据集,Portageville结合数据集有三个,8和13重叠单核苷酸多态性有关,分别;2019数据集和布莱克斯堡2018数据集,布莱克斯堡,布莱克斯堡联合数据集有两个,分别是5和7个单核苷酸多态性相关重叠,。此外,蓝色组合数据集有九重叠单核苷酸多态性有关。它注意到40个snp与两个表型数据集时3个snp与三个表型数据集。他们:ss715599697(对应8)与2019年布莱克斯堡,Portageville相结合,和蓝色的总和;ss715602625(对应8)与Portageville 2018年,费耶特维尔,和蓝色的总和;ss715618513与布莱克斯堡,2018年和2019年费耶特维尔。苏格兰民族党协会11日分布在大豆基因组染色体:染色体3,6,8,9,10,13日,14日,16日,17日,18日和20。科18包含12 SNP协会,最多,其次是七个SNP协会在空空的13中,五个SNP协会在空空的14和8,从而向三个SNP关联对应6和科20日两个SNP协会三个染色体包括对应9,空空的16 - 17日,从而向一个SNP协会两个空空的3科10。gydF4y2Ba

共有25个snp被确认为阿拉巴马州内容呈现正相关关系毛豆在至少两个表型数据集(gydF4y2Ba表S4gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba和gydF4y2Ba图S2gydF4y2Ba可视化之间的关联与蔗糖含量的snp个人数据集,并结合数据集,分别。蓝色组合数据集有19个重叠的单核苷酸多态性有关,最在所有表型数据集。费耶特维尔2018数据集,费耶特维尔2019数据集,费耶特维尔结合数据集有一个,三个,四个单核苷酸多态性相关重叠,分别;Portageville 2018数据集,Portageville 2019数据集,Portageville结合数据集有五个,一个,和八个单核苷酸多态性相关重叠,分别;和布莱克斯堡2018数据集和布莱克斯堡联合数据集有七个,六个单核苷酸多态性相关重叠,分别。gydF4y2Ba

尽管有35(重要阈值以上)和20(暗示阈值以上)单核苷酸多态性被确定与Alaine内容在布莱克斯堡2019数据集(gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba),没有一个重叠的snp派生其他表型数据集。21单核苷酸多态性与两个表型相关的数据集,而四个单核苷酸多态性与三个表型数据集。有趣的是,这四个单核苷酸多态性在空空的相邻8:ss715628063, ss715628063, ss715628067所有与Portageville 2018年Portageville相结合,和蓝色结合而ss715628064与2018年布莱克斯堡,2018年Portageville,蓝色的总和。协会分布在9个在大豆基因组染色体:对应2、6、8、10、11、13、14、17、18岁。科17包含10个SNP协会,最多,其次是五个SNP协会在空空的14中,四个SNP协会在空空的13,和一个SNP协会2,从而向Chr6,空空的,空空的,空空的,空空的18。gydF4y2Ba

预测候选基因控制蔗糖含量gydF4y2Ba

总共39 sucrose-related从WM82候选基因被发现在10 kb侧翼地区个人重要的SNP (gydF4y2Ba表S5gydF4y2Ba)。十一条染色体上发现的许多基因模型:一个空空的3,三杆6,四8杆,杆上两个9,一个在10,从而向七在空空的13日,五在空空的14日,两个在空空的16日,两个在空空的17日,九在空空的18日,三个在空空的20日(gydF4y2Ba表S5gydF4y2Ba)。这些候选基因有各种功能的许多生物和生化过程。有趣的是,有两个基因(Glyma.08g137500和Glyma.10g270800)被注释的功能随着trehalose-6-phosphate合成酶(TPS)。TPS能够促进生产trehalose-6-phosphate (T6P),可以转化为海藻糖连续去磷酸化后trehalose-6-phosphate磷酸酶(TPP) (gydF4y2BaPonnu et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaYadav et al ., 2014年gydF4y2Ba)。T6P可以调节植物中蔗糖利用率自T6P来自蔗糖代谢前体(gydF4y2BaYadav et al ., 2014年gydF4y2Ba)。因此,这两个基因可能作为一个关键调节蔗糖含量毛豆。gydF4y2Ba

此外,有两个单核苷酸多态性(ss715607940和ss715631133)只与蔗糖含量的毛豆收获2019年布莱克斯堡。侧翼区域内这两个重要的单核苷酸多态性,两个基因被发现有可能控制蔗糖含量。Glyma.18g193600 Glyma.10g268500位于ss715631133附近和ss715607940空空的18 - 10科,分别。Glyma.18g193600编码的特性,6-bisphosphatase (FBPase EC: 3.1.3.11)的蛋白质,这是描述为植物蔗糖合成途径的关键酶,在卡尔文循环(gydF4y2Ba通用电气et al ., 2020gydF4y2Ba)。Glyma.10g268500编码的特性,6-bisphosphate醛缩酶(EC 4.1.2.13 FBA)蛋白质酶,这种酶是一个关键的植物酶参与糖酵解、糖质新生和卡尔文循环(gydF4y2BaLv et al ., 2017gydF4y2Ba)。它值得调查的势函数fructose-metabolism-related基因调节的毛豆bean蔗糖含量基本毛豆遗传学研究和应用毛豆繁殖。gydF4y2Ba

阿拉巴马州的预测候选基因控制的内容gydF4y2Ba

总共25 Ala-related从WM82候选基因被发现在10 kb侧翼地区的每个重要的SNP (gydF4y2Ba表S6gydF4y2Ba)。9染色体上发现的许多基因模型:一个在2,从而向一个空空的,一个在空空的,一个在空空的,一个在空空的11日,四个在空空的13日,五在空空的14日10在空空的17日,在空空的18日(gydF4y2Ba表S6gydF4y2Ba)。soybase基于注释信息,这些候选基因模型属于几个蛋白质家庭各种代谢和生物合成的影响包括DNA结合,发展和程序性细胞死亡蛋白激酶等。这是值得注意的有两个基因(Glyma.14g201100 andGlyma.18g269600)被注释的功能随着O-methyltransferase (OMT)虽然Glyma.17g070500被注释的基因编码S-adenosylmethionine脱羧酶(SAM)。OMT和萨姆都参与蛋氨酸和半胱氨酸的生化过程,这是位于上游通路从半胱氨酸到阿拉巴马州(gydF4y2BaMorishige et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaHildebrandt et al ., 2015gydF4y2Ba)。这意味着上述三个候选基因可能的潜在控制新陈代谢Ala毛豆,值得进行进一步的验证和调查。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

蔗糖和阿拉巴马州毛豆是甜味的两个理想的特征和毛豆风味及其派生食品促进毛豆营养特色作物在世界上。因此,品种高蔗糖和阿拉巴马州水平毛豆行业的迫切需要。在最近的研究中,189个潜在毛豆到达大种子大小(> 20 g / 100种子)(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)收集。蔗糖和阿拉巴马州的内容确定的种子从三个州获得了两年。GWAS研究来探索这两个特征的遗传控制使用SoySNP50K iSelect BeadChip (gydF4y2Ba歌et al ., 2013gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

波动的蔗糖和阿拉巴马州水平在不同的环境中gydF4y2Ba

主要种子成分特征,如氨基酸、石油、和蔗糖含量明显受环境(gydF4y2BaBandillo et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2BaChaudhary et al ., 2015gydF4y2Ba)。毛豆中的蔗糖和阿拉巴马州的水平是不同的在三个位置(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和gydF4y2Ba表S2gydF4y2Ba)。这可能是由于温度和降水率的多样性三个位置,影响植物的生长和/或种子开发(gydF4y2Ba曾庆红等人。,2014年gydF4y2Ba)。据报道,减少土壤含水量增加蔗糖水平(gydF4y2Ba王et al ., 2021gydF4y2Ba)。布莱克斯堡(VA), 2019年降水(42.15英寸)远高于2018(59.35英寸),这或许可以解释为什么毛豆收获2019年布莱克斯堡平均蔗糖含量高于2018年。类似的毛豆bean之间的负相关关系也观察到蔗糖含量和Portageville降水水平位置,密苏里州在2018年48.57英寸的降水和平均蔗糖含量为39.98毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜豆,虽然它在2019年61.84英寸的降水和平均蔗糖含量为44.47毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的bean。然而,类似的趋势并没有发现毛豆bean蔗糖含量和降水之间的水平在费耶特维尔的位置,基于“增大化现实”技术。这意味着新鲜毛豆bean中的蔗糖含量是一个复杂的特征受多种环境因素和工作需要投入更多的研究来解耦关系。阿拉巴马州蔗糖含量相比,内容分发更多的发散思维。阿拉巴马州几乎没有报道描述的遗传基础合成和信号在大豆/毛豆。我们的研究可以了解环境因素的影响奠定基础的毛豆Ala内容以提高未来育种毛豆品种甜的味道。gydF4y2Ba

潜在的毛豆育种πgydF4y2Ba

这项研究的长期目标是作为育种的基础毛豆品种与改善感官适应独特的环境在全球气候变化的挑战。因此,除了遗传原因调查调节蔗糖和阿拉巴马州的内容在毛豆,迫切需要选择一组甜毛豆种质温和的多样性。gydF4y2Ba

通过总结蔗糖和阿拉巴马州内容毛豆,3π到达阿拉巴马州被选为他们的高蔗糖和高的内容。π532469到243551年,π407748蔗糖内容手段和SDs的63.69,71.67,65.01毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的豆子和6.53,29.3,16.91毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜豆而Ala内容手段和SDs的4.60,3.73,3.62毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的豆子和1.42,2.75,1.90毫克ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的bean。他们有高含量的蔗糖和阿拉巴马州在不止一个测试环境,显示一致的甜蜜。三个“甜”到达特征在本研究与蔗糖含量但相当高的阿拉巴马州的内容。相比之下,VT甜,最近公布的毛豆品种(gydF4y2BaZhang et al ., 2021gydF4y2Ba),69.22±21.65毫克蔗糖ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba新鲜的豆子和0.59±0.07毫克Ala ggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba在2019年布莱克斯堡扩展试验,新鲜的bean。PI532469 PI243551起源于日本和PI407748起源于中国。PI243551 PI407748属于成熟组三世而PI532469成熟的信息尚不清楚。这三个到达可以作为遗传资源在毛豆育种提供甜美的特质。gydF4y2Ba

毛豆种质的人口结构gydF4y2Ba

所示gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba和gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba188 189毛豆到达用于这项研究源于东亚只有PI548624来自美国,主要是因为大豆是最初来自中国,东亚地区的社区开始吃毛豆世纪前。从东亚提供当前毛豆种质材料全球其他地区,包括美国对毛豆繁殖。gydF4y2Ba

尽管188种质是东亚的地理起源,R包DAPC仍能够区分(gydF4y2BaJombart et al ., 2010gydF4y2Ba)。所有27个到达在集群和54登记入册的49个集群II起源于韩国(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)。此外,大多数到达这两个集群属于成熟组四世(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba),这意味着潜在的适应美国中南部。集群的毛豆种质三世显示更高的分离的地理起源和成熟度(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)。他们记录了最初在日本,韩国,朝鲜,中国大陆,台湾,中国成熟组III, IV, V或更晚(gydF4y2Ba表S1gydF4y2Ba)。集群中的不同种质三世有可能促进毛豆特色作物适应所有合众国。gydF4y2Ba

蓝色组合数据集GWAS的应用gydF4y2Ba

在本研究中,蔗糖和阿拉巴马州的内容以毛豆收获从六个环境组合(位置×年)。然而,由于环境变化和基因型的环境互动,相关联的单核苷酸多态性与蔗糖和阿拉巴马州是不同的在每一个环境。减少当地环境造成的差异和波动的年度天气状况,调整基于蓝色表型被用来描述蔗糖和毛豆(Ala相关基因gydF4y2Ba哈斯莱特Puntanen, 2009年gydF4y2Ba)。蔗糖和阿拉巴马州六组合的内容相结合的表型出现输入。合并后的数据,两个SNP耦合和阿拉巴马州一个SNP与蔗糖,是不同于单核苷酸多态性的表型出现数据中提取出来的特定位置×特定的组合。这些snp在蔗糖和阿拉巴马州的功能信号需要被进一步验证实验证据。gydF4y2Ba

候选基因和信号通路相关毛豆蔗糖含量gydF4y2Ba

大豆种子可溶性糖含量,尤其是蔗糖含量,显著影响大豆的口味和风味的食物,如豆浆和豆腐(gydF4y2Ba金正日et al ., 2005gydF4y2Ba)。除了重要的种子、营养价值高等植物蔗糖是光合作用的主要产品。不仅仅是植物生理代谢、碳基地也是一个信号分子坐标植物源和汇的关系。蔗糖参与各种代谢和生物合成的过程和植物生长和种子发育中扮演着关键角色(gydF4y2Ba阮,2014gydF4y2Ba)。此外,蔗糖具有重要功能在对各种非生物胁迫的响应(gydF4y2Ba罗莎et al ., 2009gydF4y2Ba;gydF4y2Ba杜et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在这项研究中,共计41个候选基因筛选基因组区域45单核苷酸多态性(gydF4y2Ba表S5gydF4y2Ba)。进一步调查的生物功能可以帮助选择毛豆种质蔗糖含量高。的候选基因,四个富亮氨酸repeat-containing基因被确定(gydF4y2Ba表S5gydF4y2Ba)。富亮氨酸重复(远程雷达)含有代表一个大而复杂的基因家族的基因在植物,和功能在各种生物和生化过程,包括开发、植物免疫力和对环境刺激的反应(gydF4y2BaDufayard et al ., 2017gydF4y2Ba)。对于植物的生长和发展,蔗糖是从事植物对病原的防御植物通过激活免疫反应(gydF4y2BaTauzin表示谷俊侠,2014gydF4y2Ba)。在感染,病原体的植物糖重新分配自己的需要迫使工厂修改他们的糖含量,并触发防御反应(gydF4y2BaTauzin表示谷俊侠,2014gydF4y2Ba)。因此,我们假设远程雷达领域包含基因与蔗糖含量可能参与了植物防御行为由蔗糖信号。gydF4y2Ba

此外,18 enzyme-type基因与催化功能和两个kinase-type基因特征也与蔗糖含量毛豆(gydF4y2Ba表S5gydF4y2Ba)。由于蔗糖对植物的重要性,它的合成、积累和信号在植物与微妙的方式调节。大量的酶激酶已报告一起负责蔗糖体内平衡。例如,在两个激酶家族成员包括SNRK和CDPK,广泛参与合成,蔗糖的运输和信号(gydF4y2BaHulsmans et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2BaCrizel et al ., 2020gydF4y2Ba)。候选人酶的功能和激酶基因来源于GWAS蔗糖含量的分析本研究将值得注意的探讨,揭示了在大豆种子和毛豆蔗糖相关机制。gydF4y2Ba

到目前为止,37个QTL和相关的362个基因被确定大豆干种子(蔗糖含量gydF4y2Bahttps://www.soybase.org/search/index.php?searchterm=sucrosegydF4y2Ba)。相比这些报道基因负责大豆蔗糖内容来源,两个基因(Gm10g268500和Gm18g193600)从这项研究中被证实效果调节蔗糖含量和编码两个酶的蛋白质定位蔗糖合成通路中的相邻。第一个是功能性,由Gm10g268500编码。它催化特性的可逆的醇醛乳沟,6-bisphosphate (FBP)二羟丙酮磷酸(DHAP)和glyceraldehyde-3-phosphate(差距),在糖酵解或糖质新生和卡尔文本森循环(gydF4y2BaLv et al ., 2017gydF4y2Ba)。第二个基因是FBPase,由Gm18g193600编码。它催化转化FBP fructose-6-phosphate在卡尔文循环,最终在叶绿体淀粉,虽然催化转化丙糖磷酸蔗糖在sucrose-biosynthesis通路在细胞溶质(gydF4y2BaSerrato et al ., 2009gydF4y2Ba)。FBA和FBPase植物蔗糖合成途径的关键酶,在卡尔文循环中,也扮演了一个重要的角色在绿色植物的光合作用调控(gydF4y2BaSerrato et al ., 2009gydF4y2Ba;gydF4y2BaLv et al ., 2017gydF4y2Ba)。这些反应对于碳固定和蔗糖代谢至关重要。结果再一次证实,这两个基因在调节蔗糖含量有坚实的影响。因此,这两个基因的价值增加蔗糖在毛豆是值得探索的内容。gydF4y2Ba

除了FBPase和功能性基因,两TPS基因,Gm10g270800 Glyma.08g137500),公布与蔗糖含量毛豆夫妇。TPS催化合成的T6P UDP-glucose (UDPG)和glucose-6-P (G6P),来自蔗糖代谢(gydF4y2BaPonnu et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaYadav et al ., 2014年gydF4y2Ba)。监管循环组成的T6P、SnRK1 bZIP11报告控制蔗糖可用性和利用率(gydF4y2BaDelatte et al ., 2011gydF4y2Ba)。此外,T6P最近已成为一个重要的信号代谢物,调节碳同化,植物糖状态和植物开发(gydF4y2BaPonnu et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaZhang et al ., 2017gydF4y2Ba)。我们的研究结果表明,TPS和T6P-related代谢可能参与操纵毛豆bean蔗糖含量,从未被报道在谷物类型大豆基本遗传学。这意味着蔗糖含量的遗传基础新鲜毛豆bean可能不同,在大豆干种子和提供新的见解毛豆bean蔗糖遗传学以及承诺基础毛豆育种改善风味。gydF4y2Ba

候选基因和信号通路相关毛豆阿拉巴马州的内容gydF4y2Ba

阿拉巴马州的植物分解代谢过程很短,在半胱氨酸desulfurase (EC 2.8.1.7)催化转换从半胱氨酸到阿拉巴马州,阿拉巴马州和阿拉巴马州直接转化为丙酮酸氨基转移酶(EC 2.6.1.2) (gydF4y2BaHildebrandt et al ., 2015gydF4y2Ba)。标记实验使用gydF4y2Ba^13gydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba透露,gydF4y2Ba新创gydF4y2Ba阿拉巴马州生物合成的速度远远快于其他几个氨基酸包括phenylAla、甘氨酸、丝氨酸、谷氨酸、苏氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸和天冬酰胺(gydF4y2BaHildebrandt et al ., 2015gydF4y2Ba)。这个结果是一致的阿拉巴马州的相对简单和短的合成途径。迄今为止,只有30个候选基因和六个QTL记录与阿拉巴马州有关内容在大豆植物(gydF4y2Bahttps://www.soybase.org/search/index.php?searchterm=AlagydF4y2Ba)。遗传资源的数量影响Ala内容远低于必需氨基酸。与纹样大豆相比,阿拉巴马州在毛豆是极其重要的内容,因为它是两个主要的贡献者之一的甜味毛豆bean和部分决定了消费者接受。此外,阿拉巴马州被报告为一个通用的压力反应分子参与保护植物免受极端温度,缺氧,干旱和重金属冲击(gydF4y2Ba从事et al ., 2019gydF4y2Ba)。也有证据表明,阿拉巴马州参与木质素生物合成和乙烯生产。本研究可以帮助Ala代谢的基因了解大豆/毛豆和指导毛豆育种的目标更甜蜜。gydF4y2Ba

总共有25个候选基因筛选的各自的基因组区域25单核苷酸多态性(gydF4y2Ba表S6gydF4y2Ba)。在未来,单核苷酸多态性和/或位点与验证函数可以提高选择较高的毛豆Ala内容种质。三个基因编码的dna结合蛋白和两个相关激酶基因被证明是阿拉巴马州的内容(gydF4y2Ba表S6gydF4y2Ba)。以上基因与当前已知Ala-allied QTL和强烈重叠基因从soybase获得,可能是因为他们是基因负责Ala内容毛豆除了大豆干种子。它们的功能将在未来的意图探索发现Ala合成的机制,积累,运输和信号。gydF4y2Ba

此外,九enzyme-type基因具有催化功能的发现与毛豆Ala内容(gydF4y2Ba表S6gydF4y2Ba)。独特、鸟苷酸(GMP)合成酶(EC 6.3.5.2)基因被曝与阿拉巴马州内容在毛豆(gydF4y2Ba表S6gydF4y2Ba)。GMP合成酶的氨基化是一种催化amidotransferase xanthosine 5 '一磷酸形成GMP的谷氨酰胺和ATP。谷氨酰胺水解产生必要的氨基,而ATP水解驱动反应(gydF4y2Ba中村et al ., 1995gydF4y2Ba)。此外,GMP合成酶参与氨基酸代谢的原因是它生成L-glutamate从谷酰胺(gydF4y2BaYoo et al ., 2020gydF4y2Ba)。因此,我们怀疑GMP合成酶基因可能也参与了阿拉巴马州在毛豆bean生成和体内平衡。gydF4y2Ba

山姆脱羧酶基因(Gm17g070500)被确认和阿拉巴马州的盟友内容(gydF4y2Ba表S6gydF4y2Ba)。山姆是一个关键的中间组件连接转换从蛋氨酸和半胱氨酸,阿拉巴马州位于上游的合成途径(gydF4y2BaHildebrandt et al ., 2015gydF4y2Ba)。此外,两种OMT基因(Glyma.14g201100和Glyma.18g269600)阿拉巴马州被发现与内容。OMT是一种甲基转移酶分子上的甲基转移酶(gydF4y2BaMorishige et al ., 2010gydF4y2Ba)。同样,OMT报道从事生化途径从蛋氨酸、半胱氨酸,其次是阿拉巴马州的合成途径。然而,这些基因的影响的直接证据Ala信号通路和合成尚不清楚。在未来,我们将使用gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba酶测定试验探索其衬底和生化功能,和可能应用基因编辑工具”来形容这种基因gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba阿拉巴马州的相关函数。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

189年由蔗糖和阿拉巴马州水平分析毛豆到达在两年的三个地方,三个π到达阿拉巴马州被选为高蔗糖和高到达能够甜蜜毛豆品种的育种服务。总共45和25个snp被确认将蔗糖含量和阿拉巴马州的内容联系起来,分别基于表型数据派生189毛豆登记入册,SoySNP50K iSelect BeadChip GWAS。π登记入册,有益的等位基因,本研究中确定候选基因将基本育种水平提高种子的毛豆品种蔗糖甜,阿拉巴马州,并最终促进消费者的接受毛豆的特色作物在美国。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/gydF4y2Ba补充材料gydF4y2Ba。进一步询问可以针对相应的作者。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

ZW商务设计实验。BZ选择毛豆面板和工厂提供样品。,问、LM、PC领导实地试验在弗吉尼亚州,密苏里州和AR。DY领导蔗糖和阿拉巴马州的测量内容的毛豆。KD和通用汽车联合表型数据使用蓝色。ZW, KD,通用全基因组关联分析和SL。ZW, DY,通用写的手稿。所有作者的文章和批准提交的版本。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

这项研究由USDA-NIFA,批准号2018-51181-28384,加入1016465。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

补充材料gydF4y2Ba

本文的补充材料在网上可以找到:gydF4y2Bahttps://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1086007/full补充材料gydF4y2Ba

补充图1 |gydF4y2BaSNP协会毛豆蔗糖含量gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba蓝色的组合数据集,gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba弗吉尼亚州布莱克斯堡,结合,gydF4y2Ba(C)gydF4y2Ba密苏里州Portageville相结合,gydF4y2Ba(D)gydF4y2Ba费耶特维尔,基于“增大化现实”技术的结合,显示在曼哈顿情节在交替的颜色,与染色体thresholds-log10意义(P) > 3.01(蓝线)和暗示threshold-log10 (P) > 2.70(红线)。每个各自的QQ情节显示observed-log10 (P)对expected-log10 (P)。gydF4y2Ba

补充图2 |gydF4y2BaSNP协会毛豆阿拉巴马州的内容gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba蓝色的组合数据集,gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba弗吉尼亚州布莱克斯堡,结合,gydF4y2Ba(C)gydF4y2Ba密苏里州Portageville相结合,gydF4y2Ba(D)gydF4y2Ba费耶特维尔,基于“增大化现实”技术的结合,显示在曼哈顿情节在交替的颜色,与染色体thresholds-log10意义(P) > 3.01(蓝线)和暗示threshold-log10 (P) > 2.70(红线)。每个各自的QQ情节显示observed-log10 (P)对expected-log10 (P)。gydF4y2Ba

补充表1 |gydF4y2Ba种质利用本研究和populational结构gydF4y2Ba

补充表2 |gydF4y2Ba蔗糖和阿拉巴马州内容毛豆收获从布莱克斯堡(VA), Portageville (MO)和费耶特维尔(AR)在2018年和2019年。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba