全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(2): 187196 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30771360), 江苏省农业自主创新基金项目[cx(13)4070]和江苏省科技支撑计划项目(BE2013379)资助。
* 通讯作者 (Corresponding authors): 陈新 , E-mail: cx@jaas.ac.cn, Tel: 025-84391362; 卢为国 , E-mail: 123bean@163.com, Tel:
0371-65733647
第一作者联系方式: E-mail: zhm@ jaas.ac.cn
Received(收稿日期): 2014-06-25; Accepted(接受日期): 2014-12-19; Published online(网络出版日期): 2014-12-29.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20141229.1000.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.00187
大豆籽粒维生素 E含量的 QTL分析
张红梅 1 李海朝 2 文自翔 2 顾和平 1 袁星星 1 陈华涛 1 崔晓艳 1
陈 新 1,* 卢为国 2,*
1江苏省农业科学院蔬菜研究所, 江苏南京 210014; 2河南省农业科学院经济作物研究所 / 国家大豆改良中心郑州分中心 / 农业部黄
淮海油料作物遗传育种重点实验室, 河南郑州 450002
摘 要: 维生素 E (VE)具有提高人体免疫力、抗癌、预防心血管疾病等保健作用, 从大豆中提取的 VE安全性更高。
本研究采用高效液相色谱技术(HPLC)检测大豆 BIEX 群体(Essex×ZDD2315)维生素 E 的 α-生育酚、γ-生育酚和 δ-生
育酚含量。应用 QTLNetwork 2.1软件分别检测到 8个和 12对控制大豆维生素 E及组分含量的加性和互作 QTL。α-
生育酚含量加性和互作 QTL累计贡献值分别为 8.68% (2个)和 15.57% (4对), γ-生育酚含量加性和互作 QTL累计贡
献值分别为 8.59% (2个)和 11.57% (2对), δ-生育酚含量加性和互作 QTL累计贡献值分别为 5.44% (1个)和 17.61% (3
对), 维生素 E总含量的加性和互作 QTL累计贡献值分别为 11.39% (3个)和 9.48% (3对)。未检测到维生素 E及组分
含量和环境互作的 QTL。未定位到的微效 QTL累计贡献值为 66.16%~75.32%, 说明未定位到的微效基因的变异占 2/3
以上。各性状的遗传构成中, 未检测出的微效 QTL 份额最大, 加性 QTL 和互作 QTL 贡献相差不大。在育种中应考
虑常规方法聚合微效 QTL与标记辅助方法聚合主要 QTL相结合。
关键词: 大豆; 籽粒; 维生素 E含量; QTL定位
Identification of QTL Associated with Vitamin E Content in Soybean Seeds
ZHANG Hong-Mei1, LI Hai-Chao2, WEN Zi-Xiang2, GU He-Ping1, YUAN Xing-Xing1, CHEN Hua-Tao1,
CUI Xiao-Yan1, CHEN Xin1,*, and LU Wei-Guo2,*
1 Institute of Vegetable Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 2 Institute of Industrial Crops, Henan Academy of
Agricultural Scienecs / Zhengzhou Subcenter of National Center for Soybean Improvement / Key laboratory of Oil Crops in Huanghuaihai Plains,
Ministry of Agriculture, Zhengzhou 450002, China
Abstract: Vitamin E has effects on human immunity, anti-cancer and prevention of cardiovascular disease. Vitamin E from soy-
bean has the advantages of higher security and higher human body absorption rate. The objective of the present study was to map
the additive, additive × additive (epistasis), additive × year and epistasis × year QTLs for vitamin E and relative tocopherol con-
tents with the RIL population BIEX (Essex×ZDD2315) using HPLC (high performance liquid chromatography) method and soft-
ware QTLNetwork 2.1. Eight additive QTLs and twelve additive × additive (epistasis) QTLs were detected for vitamin E and
relative tocopherol contents. The contributions to the phenotypic variances of additive QTL and epistatic QTL pairs were 8.68%
(two QTLs) and 15.57% (four pairs) for α-tocopherol, 8.59% (two QTL) and 11.57% (two pairs) for γ-tocopherol, 5.44% (one
QTL) and 17.61% (three pairs) for δ-tocopherol and 11.39% (three QTL) and 9.48% (three pairs) for total vitamin E contents,
respectively. Those of additive and epistatic QTLs by year interaction were not found. The accumulated contribution of the un-
mapped minor QTLs was 66.16%–75.32%, indicating the variance of unmapped minor QTLs accounting for more than two thirds.
In genetic composition, undetected minor QTLs accounted for a considerably large part additive QTLs and epistatic QTLs were
nearly equal in α-tocopherol, γ-tocopherol, δ-tocopherol and total vitamin E contents. Accordingly, in breeding for vitamin E con-
tents, the strategy of pyramiding multiple QTLs, both additive and epistatic, by using marker-assisted selection combined with
accumulating minor effect QTLs through conversional procedures should be considered.
Keywords: Soybean [Glycine max (L.) Merr.]; Seed; Vitamin E content; QTL mapping
188 作 物 学 报 第 41卷

维生素E(VE)是脂溶性维生素, 主要由α、β、γ、
δ型生育酚及其相应的三烯生育酚8种同系物组成。
维生素E参与生物体内多种代谢途径 , 不仅参与信
号转导、基因表达调控、抗低温胁迫, 而且还具有
提高机体免疫力、抗不育、抗癌及预防心血管疾病
的作用[1-5]。在天然存在的4种生育酚中, α-生育酚的
生物活性最高且被人体优先吸收和利用, α-生育酚
大多存在于植物绿色组织中, 而γ-生育酚大多在种
子中发现 , 它是大豆油中的一种天然抗氧化剂 [6],
可用来保持油脂的风味、延长油脂的储藏时间以及
保证种子长期储藏后的种子活力。人体所需维生素E
70%来源于植物油, 它是良好天然维生素E来源。近
年来, 天然维生素E年需求增长10%, 而实际年产量
难以满足市场需求, 生产厂家主要集中在美国、日
本、德国等发达国家, 中国国内产量有限。因此, 在
有限的大豆种植面积下 , 选育富含高维生素E的大
豆品种, 尤其是富含高α-生育酚的大豆品种是满足
大豆维生素E市场需求的必要途径[7-8]。本研究解析
了大豆籽粒维生素E含量的遗传控制基础 , 可为选
育高维生素E的大豆品种提供参考。
目前国内外研究大豆维生素E组分含量的遗传
机制比较少。李卫东等 [9]的研究表明, 大豆种子中
VE含量受环境影响较大 , 受多个基因控制。
Dwiyanti等 [10]用SSR标记分析了F2和F3群体中α-生
育酚含量 , 发现K连锁群对大豆种子α-生育酚含量
有重要影响。由于维生素E检测的费用比较高, 相关
的QTL定位不是很多。Li等[11]利用大豆RIL群体在3
个环境发现在Dlb连锁群上同时控制α-、γ-、δ-生育
酚的QTL, 在2个环境发现在N、A2和L连锁群上同时
控制α-、γ-、δ-生育酚的QTL。定位大豆籽粒维生素
E含量的QTL, 发掘紧密连锁的分子标记, 是解析大
豆维生素E含量的遗传基础 , 利用分子标记育种选
育高维生素E含量大豆新品种的重要前提。本研究利
用一个黄淮海产区夏大豆重组自交系群体(RIL)进
行大豆种子维生素E含量的遗传分析, 检测α-、γ-、δ-
生育酚和维生素E总含量的QTL, 以期为黄淮海产
区大豆籽粒高维生素E或高α-生育酚含量的大豆品
种选育奠定遗传学基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料与设计
供试材料为河南省农业科学院经济作物研究所
配制的Essex×ZDD2315杂交组合。包含208个家系的
重组自交家系群体BIEX (F2:7-12), 即每一F2单株衍生
成F7家系 , 每一F7家系再选株建成家系 , 至2008年
是F13代。亲本Essex和ZDD2315分别来自美国南方和
我国黄淮海地区。于2008年和2009年夏季在江苏省
农业科学院六合基地种植试验群体及亲本, 采用随
机区组设计, 3次重复, 2行区, 行长4 m。田间管理同
一般大田生产。
1.2 大豆籽粒维生素 E提取和检测
维生素E测定方法参照GB/T5009.82-2003, 并
略作改进 , 改进的关键步骤是以正己烷代替乙醚 ,
提高了提取效果; 提取次数增加一次。从每个家系
选取10.00~15.00 g籽粒饱满大小一致的大豆籽粒 ,
经样品研磨(FOSS, Knifetec 1095) 60 s粉碎, 称取
2.5 g粉碎后的豆粉样品, 加入30 mL无水乙醇混匀,
再加10%抗坏血酸溶液5 mL和氢氧化钾溶液10 mL
恒温水浴皂化30 min; 然后, 用100 mL正己烷分3次
提取皂化液 , 弃去水层; 最后 , 将正己烷提取液通
过无水硫酸钠, 过滤到旋转蒸发瓶中旋转近干, 用
氮气吹干残留液后, 用2.5 mL甲醇溶解, 过0.45 µm
滤膜, 4℃冰箱保存备用。
利用高效液相色谱技术(HPLC), 采用外标法对
生育酚各异构体进行定量分析。色谱柱为 DIKMA
公司产品, 色谱柱填料为 symmetry, 钻石 C18, 5 μm,
柱规格为 250.0 mm × 4.6 mm; 荧光检测器激发波长
290 nm, 发射波长 330 nm; 流动相为甲醇, 流速
1.5 mL min–1; 柱温 40℃; 进样量 20 μL; 检测时间
10 min。以 α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚峰面积代
入回归方程进行定量分析。由于 β-生育酚在大豆籽
粒中的含量很低, 忽略不计。维生素 E总含量为 α-、
γ-、δ-生育酚值之和。
1.3 数据分析
用 SAS 8.01描述统计及方差分析。遗传率
h2=σg2/[σg2+(σge2/n)+(σ2/rn)], 其中 σg2为遗传方差 ,
σge2为基因型×年份(环境)方差, σ2为误差方差, r为重
复数 , n为年份数 ; 遗传变异系数GCV(%)=σg/μ×
100。其中σg为遗传方差的标准差, μ为群体平均数,
均由试验数据估计。
1.4 遗传图谱构建和 QTL定位
利用 Mapmaker/Exp 3.0构建连锁图谱, 24个连
锁群包括 198个 SSR标记, 覆盖 2179 cM, 平均图距
为 11.0 cM。经与 Song等[12]整合的图谱相比对, 标
记排序相对一致。但 O、D1b、N和 F这 4个连锁群
由于大的 gap分出小连锁群, 标记引物信息、标记试
第 2期 张红梅等: 大豆籽粒维生素 E含量的 QTL分析 189


验过程及作图过程见参考文献[13]。
QTL定位主软件为QTLNetwork 2.1[14]。该软件
是基于混合线性模型的复合区间作图方法, 遗传模
型中包括加性、显性、上位性和环境互作等各种效
应。利用回归分析对基因组进行一维扫描探测加性
QTL以及二维扫描探测上位性, 采用基于Henderson
方法III的F检验。用基于Gibbs抽样的Bayesian方法估
计遗传效应。采用Piepho和Gauch[15]提出的标记成对
选择方法(marker pair selection)选择复合区间作图中
背景标记。本研究中将全基因组扫描的显著性水准
设置为0.05, QTL检测的阈值以排列组合1000次结果
为准[16], 将检测到的所有QTL以及它们之间的上位
性互作整合到一个全QTL模型中估计遗传效应。
为 核 对 定 位 效 果 , 本 研 究 同 时 还 利 用
WinQTLCart 2.5的复合区间作图(CIM)[17]和QTL
IciMapping 2.0的复合区间作图(ICIM)[18]定位软件比
较QTL定位结果。前者的遗传模型中包含加性和显
性效应。后者的遗传模型中包括加性、显性和上位
性效应。CIM法扫描时, 采用模型6 (标准模型), 在
每个被测标记区间两侧设置10 cM的窗口(Window),
同时设置该窗口之外的5个标记作为余因子 , 步移
速度为2 cM, 向前回归法。对每个性状分别进行
1000次排列测验(permutation test), 以确定每个性状
的LOD阈值(显著水准0.05)。利用QTL IciMapping
2.0软件MET模块中ICIM法进行上位性QTL定位 ,
常用LOD值为2.0, 由于本研究包含2个环境 , 再结
合定位结果, 故选取LOD值为4.0, 超过阈值就认为
存在QTL。
参考Chantret等的方法[19-22]判断相同QTL, 并采
取更为严格的条件, 即在置信区间相互重叠的基础
上, 增加2个QTL位置不超过5 cM, 两侧标记至少有
一个相同的条件, 这样的QTL看作同一个QTL。
2 结果与分析
2.1 大豆维生素 E及组分含量的表型分析
表 1 列出了 BIEX 群体中维生素 E 组分的表型
变异情况。α-生育酚亲本平均差为 10.41 μg g–1; γ-
生育酚的亲本平均差为 80.55 μg g–1; δ-生育酚亲本
平均差为 13.98; 维生素 E 总含量亲本平均差为
104.94 μg g–1。维生素 E及组分含量分布都呈数量性
状的连续分布特点 , 遗传变异系数从 γ-生育酚的
15.72%到 δ-生育酚的 27.08%, 同一性状不同年份间
遗传变异系数接近。维生素 E 总含量两年遗传率
96.18%, 3 种组分 2 年综合的遗传率在 89.21%~
96.67%之间。所有性状均有较大幅度超亲分离, 表
明亲本间位点互补。表 2 列出了 2 年联合方差分析
结果。除了 α-生育酚和 δ-生育酚含量间表现差异不
显著外 , 其他生育酚在组分间均存在极显著差异
(P<0.01), 年份和家系×年份的互作方差未达显著水
平, 即维生素 E含量的表达受环境影响的程度较低。

表 1 BIEX群体大豆种子维生素 E含量表型变异
Table 1 Phenotypic variation of vitamin E contents of soybean seed in BIEX population
性状
Trait
年份
Year
平均值
Mean
亲本差
P2–P1
变幅
Range
遗传变异系数
GCV (%)
遗传率
h2
2008 24.59 –10.89 10.98–53.07 24.85
2009 24.32 –9.93 10.73–50.61 23.92
α-Toc
平均 Mean 24.71 –10.41 11.13–60.43 23.37 96.67
2008 208.27 –102.75 137.71–346.12 17.45
2009 209.16 –58.35 132.05–328.29 16.41
γ-Toc
平均 Mean 208.71 –80.55 140.28–334.29 15.72 92.58
2008 27.36 –14.05 13.44–57.86 27.08
2009 28.72 –13.92 18.13–68.99 24.63
δ-Toc
平均 Mean 28.04 –13.98 16.60–63.43 23.18 89.21
2008 260.22 –127.69 182.59–419.66 16.47
2009 262.20 –82.20 177.66–430.20 16.38
TVE
平均 Mean 261.47 –104.94 252.71–326.59 15.74 96.18
α-Toc: α-生育酚; γ-Toc: γ-生育酚; δ-Toc: δ-生育酚; TVE: VE总含量。
α-Toc: α-tocopherol; γ-Toc: γ-tocopherol; δ-Toc: δ-tocopherol; TE: total VE; h2: heritability; GCV: genetic coefficient of variation.

190 作 物 学 报 第 41卷

表 2 BIEX群体大豆种子维生素 E含量方差分析
Table 2 Analysis of variance of vitamin E contents in two years in BIEX population
α-Toc γ-Toc δ-Toc TVE 变异来源
Source of variation
df
MS F MS F MS F MS F
Year 1 10.78 0.92 163.08 0.31 387.29 6.56 35.50 0.03
Rep. (year) 2 14.05 2.03 190.96 0.36 61.00 2.72 1381.21 3.95
Line 207 138.01 30.00** 4651.88 8.78** 189.36 9.26** 7045.31 26.17**
Line×Year 207 4.60 0.66 344.94 0.65 20.44 0.91 269.21 0.77
Error 414 6.92 529.70 22.40 349.26
Total 831
**表示 P < 0.01的显著水平。缩写同表 1。** indicates significance level at P< 0.01. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.2 大豆维生素 E及组分含量的相关性分析
如表3所示, 不同环境间α-生育酚与γ-生育酚和
VE总含量之间都呈极显著相关性, 且相关系数均小
于0.50, α-生育酚与δ-生育酚含量之间不显著相关 ,
这可能与它们在大豆籽粒中含量都比较少有关; γ-、
δ-生育酚和VE总含量的相关系数均表现为γ-生育酚
较高(0.98和0.83)、δ-生育酚较低(0.60和0.49), 这与
它们在大豆籽粒中含量规律表现一致。

表 3 大豆种子维生素 E及相关生育酚含量的相关性分析
Table 3 Correlation analysis of vitamin E and correlated
tocopherol contents in soybean seeds
年份 Year α-Toc γ-Toc δ-Toc
γ-Toc 2008 0.26**
2009 0.23**
δ-Toc 2008 0.01 0.50**
2009 0.02 0.36**
TVE 2008 0.36** 0.98** 0.60**
2009 0.33** 0.83** 0.49**
**表示 P < 0.01的显著水平。缩写同表 1。** indicates significance
level at P< 0.01. Abbreviations are the same as those given in Table 1.
2.3 大豆维生素Ｅ及组分含量的 QTL 定位总体
情况
以QTLNetwork 2.1的定位结果为主, 共在6个连
锁群上检测到维生素Ｅ及组分含量的8个加性QTL,
解释率2.40%~6.18%, QTL贡献值均小于10%, 这些
检测到的QTL均在WinQTLCart 2.5中检测到(表4)。4
种性状累计表型变异解释率依次为8.58%、7.98%、
5.49%和11.49%。其中2个QTL在2年同时被WinQTL
Cart 2.5和QTL IciMapping 2.0检测到(表4和图1)。
QTLNetwork2.1检测到了12对上位性QTL, 它
们所占份额较小。同时各个性状还有许多未检测出
来的微效QTL, 表型变异解释率从1.34%到7.79%。4
种性状累计表型变异解释率依次为16.11%、12.14%、
18.24%和8.02% (表5)。
3类 QTL中, 各性状上位性互作 QTL具有与加
性 QTL相近的贡献份额, 而未检测到与环境互作的
QTL (表 6和图 2)。以下将分别对维生素 E及组分含
量各个性状的 QTL作分析。

表 4 BIEX群体中以 MCIM 法检测出的大豆籽粒维生素 E含量的加性 QTL
Table 4 Additive QTL of vitamin E contents of soybean seed detected by MCIM in the BIEX population
加性 QTL Additive QTL 性状
Trait
QTL
连锁群
Linkage group
染色体
Chr.
标记区间
Marker interval
位置
Position
置信区间
Confidence interval 加性效应 a 加性遗传率 h2(a) (%)
Carto-
graphera
IciMa-
ppinga
qα3-1 O-1 Gm10 Sat_318–Sat_196 70.0 61.3–79.0 –1.08 2.40 2 2,m α-Toc
qα17-1 C2 Gm6 Sat_402–Satt277 28.9 25.9–33.5 1.78 6.18 1,2,m 1,2,m
qγ20-1 K Gm9 Satt617–Satt001 113.7 105.5–122.7 –6.55 3.64 1,2,m γ-Toc
qγ24-1 D1a Gm1 Sat_346–Satt436 19.2 8.2–29.2 –9.04 4.34 2,m
δ-Toc qδ14-1 L-1 Gm19 Sat_320–Satt313 2.0 0.0–12.0 –1.58 5.49 1,2,m 1,2,m
qTVE10-1 G Gm18 Sat_164–Satt612 57.5 46.6–67.5 8.46 3.06 1,2,m
qTVE20-1 K Gm9 Satt617–Satt001 114.7 105.5–123.7 –7.04 2.80 2
TVE
qTVE24-1 D1a Gm1 Sat_346–Satt436 17.2 8.2–25.2 –14.04 5.63 1,2,m 1
位置: QTL与相应连锁群第 1个标记间的距离; h2(a): 加性 QTL 解释的表型变异。a: 数字 1、2和 m说明该 QTL能被 2008、2009
和两年平均检测出。其他缩写同表 1。
Position: the distance between QTL and the first marker of the relevant linkage group; h2(a): phenotypic variation explained by the ad-
ditive QTL. a The numbers 1, 2, and m indicate that the QTL was detected in 2008, 2009 and over two years, respectively. Other abbreviations
are the same as those given in Table 1.
第 2期 张红梅等: 大豆籽粒维生素 E含量的 QTL分析 191


2.3.1 α-生育酚含量 在O-1和C2连锁群上各发
现1个控制α-生育酚含量的加性QTL (表4和图1), 表
型变异解释率分别为2.40%和6.18%, 累计8.58%。其
中, 位于O-1连锁群的QTL加性效应为–1.08, 增加α-
生育酚含量的等位基因来自ZDD2315; 而位于C2连
锁群的QTL加性效应为1.78, 增加α-生育酚含量的
等位基因来自Essex。qα17-1可以同时被WinQTLCart
2.5和QTL IciMapping 2.0连续2年检测到。检测到4
对显著互作的上位性QTL, 累计有16.11%的贡献值,
略大于加性QTL的累计贡献值。这说明, 在α-生育酚
的遗传体系中, 加性和上位性QTL起重要作用。鉴于
加性和上位性QTL贡献的总和只占24.69%, 而总遗
传率为96.67%, 说明遗传变异中有约2/3以上为微效
基因的变异(表6和图2)。
2.3.2 γ-生育酚含量 在 K和 D1a连锁群上发现
2 个控制 γ-生育酚含量的加性 QTL, 表型变异解释
率为 3.64%和 4.34%, 总计解释 7.98%的表型变异,
单个 QTL效应都不大。2个 QTL的加性效应均为负
值, 增效基因均来自父本 ZDD2315, qγ20-1和 qγ24-1
可以被 WinQTLCart 2.5检测到。检测到了 2对显著
互作的上位性 QTL, 累计表型变异解释率 12.14%。
说明在 γ-生育酚的遗传体系中, 加性 QTL和上位性
QTL占有同样重要的地位。鉴于加性和上位性 QTL
贡献的总和只占 20.12%, 而总遗传率为 92.59%, 说
明该性状遗传变异中有 3/4 以上为微效基因的变异
(表 6和图 2)。
2.3.3 δ-生育酚含量 发现 1 个控制 δ-生育酚含
量的加性 QTL 和 3 对上位性的 QTL, 加性 QTL 解
释 5.49%的表型变异, 3对上位性 QTL对表型变异解
释率为 6.19%、4.85%和 7.20%, 累计表型变异解释

表 5 BIEX群体中以 MCIM法检测出的大豆籽粒维生素 E含量的互作 QTL对
Table 5 Epistatic QTL pairs of VE contents of soybean seed detected by MCIM in the BIEX population
性状
Trait
互作 QTL对
QTL pair
QTL
连锁群
Linkage group
标记区间
Marker region
位置
Position
上位效应
Epistatic effects
贡献率
h2(aa) (%)
α-Toc-e1 α-Toc-e1,1 L-1 Satt143–Sat_301 83.3
α-Toc-e1,2 A1 Sat_384–Sat_385 94.9 –1.36 5.29
α-Toc-e2 α-Toc-e2,1 A1 Satt225–Satt200 6.3
α-Toc-e2,2 C2 Sat_142–Satt658 57.6 –1.07 3.67
α-Toc-e3 α-Toc-e3,1 A1 Satt200–Satt174 19.3
α-Toc-e3,2 C2 Sat_142–Satt658 57.6 –0.81 4.12
α-Toc-e4 α-Toc-e4,1 A1 Satt619–Satt385 47.0
α-Toc
α-Toc-e4,2 C2 Sat_142–Satt658 44.6 1.57 3.03
γ-Toc-e1 γ-Toc-e1,1 O-1 Satt633–Satt259 19.9
γ-Toc-e1,2 D1b-1 AI856415–Satt634 101.8 12.26 7.79
γ-Toc-e2 γ-Toc-e2,1 C2 Satt489–Sat_142 42.0
γ-Toc
γ-Toc-e2,2 K Satt260–Sat_399 39.6 –13.83 4.35
δ-Toc-e1 δ-Toc-e1,1 D2 Satt301–Satt186 131.8
δ-Toc-e1,2 L-1 Sat_320–Satt313 25.0 –2.20 6.19
δ-Toc-e2 δ-Toc-e2,1 F-2 Sat_262–Satt343 44.9
δ-Toc-e2,2 G Satt610–Sat_141 141.5 1.77 4.85
δ-Toc-e3 δ-Toc-e3,1 H Satt353–Sat_214 168.3
δ-Toc
δ-Toc-e3,2 C2 Sat_402–Satt277 24.9 –2.03 7.20
TVE-e1 TVE-e1,1 O-1 Satt653–BF008905 42.8
TVE-e1,2 D1b-1 AI856415–Satt634 101.8
9.00 1.34
TVE-e2 TVE-e2,1 O-1 Satt653–BF008905 42.8
TVE-e2,2 D1b-1 Satt290–Satt266 61.1
–8.77 2.32
TVE-e3 TVE-e3,1 C2 Sat_402–Satt277 23.9
TVE
TVE-e3,2 K Satt260–Sat_399 33.6
–15.40 4.36
上位性效应正值表示亲本型有正向效应, 而重组型有负向效应; 负值则相反。缩写同表 1。
This epistatic effect of parental two-locus genotypes is positive while that of non-parental two-locus genotypes (recombinants) is nega-
tive. Abbreviations are the same as those given in Table 1.
192 作 物 学 报 第 41卷


图 1 以 MCIM法检测出大豆维生素 E的 QTL在连锁图上的
位置
Fig. 1 Locations of QTL for vitamin E contents detected by
MCIM in soybean linkage map
椭圆: α-生育酚 QTL; 方框: γ-生育酚 QTL; 三角: δ-生育酚 QTL;
菱形: VE含量 QTL; 直线: 相连的 2个加性 QTL间有互作。
Oval: QTL for α-Toc; Square: QTL for γ-Toc; Triangle: QTL for
δ-Toc; Rhombus: QTL for total vitamin E contents. Line: joining
two additive QTLs represent epistatic interactions between them.
率 18.24%。这说明加性和上位性效应对 δ-生育酚的
遗传起重要作用。加性 QTL效应为负值, 说明增效
基因来自 ZDD2315, 可以同时被WinQTLCart 2.5和
QTL IciMapping 2.0连续 2年检测到。鉴于加性和上
位性 QTL 贡献总和只占 23.73%, 而总遗传率为
89.21%, 说明该性状遗传变异中有 2/3 以上为微效
基因的变异(表 6和图 2)。
2.3.4 维生素 E 总含量的 QTL 定位结果 在 3
个连锁群(G、K和 D1a)上检测到了 3个控制维生素
E 总含量的加性 QTL, 总共解释了 11.49%的表型变
异, 范围从 2.80%到 5.63%。qTVE20-1和 qTVE24-1
的加性效应是负的 , 增效基因来自 ZDD2315;
qTVE10-1 加性效应是正的, 增效基因来自 Essex。
qTVE24-1、 qTVE10-1 和 qTVE20-1 可以同时被
WinQTLCart 2.5检测到。检测到了 3对显著互作的
上位性 QTL, 总计表型变异解释率 8.02%, 略小于
加性 QTL的累计贡献值。这表明, 在维生素 E总含
量的遗传中, 加性QTL和上位性QTL占有同样重要
的地位。维生素 E总含量的加性和上位性 QTL贡献
总和占 19.51%, 总遗传率为 88.87%, 说明该性状遗
传变异中有 3/4以上为微效基因的变异(表 6和图 2)。

表 6 QTL 及其互作对大豆种子维生素 E含量表型变异的贡献
Table 6 Contributions of QTLs and their interactions to phenotypic variation for VE contents of soybean seed (%)
遗传分布 Genetic contribution
性状
Trait 加性 QTL
Additive QTL
上位性 QTL
Epistatic QTL
未检测出的微效 QTL
Minor QTL
总和
Total
环境
Environment
总和
Total
α-Toc 8.68(8.98) (2) 15.57(16.11) (4 pairs) 72.42(74.91) 96.67 3.33 100
γ-Toc 8.59(9.23) (2) 11.57(12.50) (2 pairs) 72.43(78.23) 92.59 7.41 100
δ-Toc 5.44(6.10) (1) 17.61(19.74) (3 pairs) 66.16(74.16) 89.21 10.79 100
TVE 11.39(11.8) (3) 9.48(9.86) (3 pairs) 75.32(78.30) 96.19 3.81 100
括号内数字表示所占遗传方差的百分数。
The numbers in parentheses are the percentage of genetic variance and the number of additive QTLs or epistatic QTL pairs.

图 2 维生素 E含量遗传体系中各种效应方差比例
Fig. 2 The percentage of different effects of vitamin E contents
第 2期 张红梅等: 大豆籽粒维生素 E含量的 QTL分析 193


2.3.5 维生素 E 及组分含量遗传体系的特点和性状
间共享的标记 以上 QTL结果表明, 维生素 E及
组分含量遗传体系中加性 QTL 和上位性 QTL 同样
重要, 并且单个加性和上位性 QTL 的贡献均不大,
γ-生育酚和 δ-生育酚含量加性增效 QTL均来自亲本
ZDD2315, α-生育酚和维生素 E 总含量均有双亲增
效位点互补, 微效基因贡献均在 2/3以上。
本研究检测到的共享标记有: (1)控制 δ-生育酚
含量的加性和上位性位点 qδ14-1和 δ-Toc-e1共享标
记 Sat_320 和 Satt313; (2)控制 γ-生育酚和维生素 E
总含量的位点 qγ20-1和 qTVE20-1共享标记 Satt617
和 Satt001, 位点 qγ24-1 和 qTVE24-1 共享标记
Sat_346和 Satt436。相关分析表明, γ-生育酚和维生素
E总含量不同年份的相关系数为 0.83和 0.98, 上述共
享的位点和标记可能是两性状相关的遗传基础。
3 讨论
3.1 控制大豆维生素 E及组分含量的主要 QTL
大豆 BIEX群体维生素 E及 α-、γ-、δ-生育酚含
量定位的 QTL中, 有 4个标记在 2年 3种方法中均
被检测到(表 4), 包括标记 Sat_402、Satt277、Sat_320
和 Satt313。如与 α-生育酚含量相关的位于第 6染色
体上的标记 Sat_402 和 Satt277, Li 等[23]定位到标记
Sat_402与叶绿素的合成有关, Satt277被认为与大豆
花发育、种子蛋白质含量、油分、荚宽、荚成熟度、
种子重量有关[24-25], 说明在大豆营养生长和种子发
育各个阶段, 可以通过有效措施调控 α-生育酚的合
成与积累。另外, Li 等[11]检测到与 α-生育酚含量相
关的标记 Satt376 也位于第 6 染色体 , Satt376
(GmComposite 2003_M, 97.83 cM)与 Sat_402
(GmComposite 2003_M, 103.33 cM)相距 5.50 cM。标
记 Satt376 还被 Han 等[26]定位到与大豆单粒重相关,
并且定位区间为 Satt376~Satt277, 与本文定位到控
制 α-生育酚含量的 QTL 区间 Sat_402~Satt277 有重
叠, 表明 Sat_402~Satt277 标记区间对大豆单粒重和
α-生育酚合成具有重要作用。另外, 与 δ-生育酚含量
相关位于第 19 染色体上的标记 Sat_320 和 Satt313,
前人研究证明 Satt313 标记与种子含油量和耐铝胁
迫相关[27-28], 而这个标记未见报道与维生素 E 组分
相关, 这可能是由于遗传背景不同所致; Sat_320 标
记未见报道与 δ-生育酚含量相关, 它可能是控制 δ-
生育酚含量的新 QTL, 其作用有待进一步研究证
实。标记 Sat_320 (GmComposite2003_M, 32.36 cM)
和 Satt313 (GmComposite2003_M, 34.54 cM)相距
2.18 cM。经 Soybase网站检索 Sat_320~Satt313区间
内所公布的基因 , 包含锌指蛋白 ZIP 转录因子
(Glyma19.G099000), 可能与维生素 E 合成和调控有
关; 该区间同时还包含有 K+、Cl–、Ca2+调控基因
(Glyma19.G098800、Glyma19.G098100和 Glyma19.G
098900)以及抗逆境基因 (Glyma19.G098200), 这些
离子对干旱、盐渍化及其渗透胁迫的调节具有重要
的作用, 说明该标记区间与维生素 E 组分和大豆逆
境密切相关。所以, 本文发掘到的 Sat_402~Satt277
与 Sat_320~Satt313标记区间及其标记在大豆品质育
种和抗逆育种中具有重要作用。
第 9 和第 1 染色体上的标记区间 Satt617~
Satt001 和 Sat_346~Satt436 都与 γ-生育酚含量和维
生素 E总含量相关, 均可以被 WinQTLCart 2.5检测
到, 其加性效应为负值, 说明这 4 个 QTL 对 γ-生育
酚和维生素 E 总含量起负向作用, 等位基因来源于
低含量亲本 ZDD2315。维生素 E 生物合成途径中 5
个关键酶大致可以分为两类, 即以提高维生素 E 含
量为主要作用的酶, 包括 HPPD 和 HPT; 以改变维
生素 E 组成为主要作用的酶, 包括 MPBQMT、TC
和 γ-TMT。催化 γ-异构体转化成 α-异构体的酶是合
成途径的最后一个关键酶 γ-TMT[29]。本研究中定位
到的控制 γ-生育酚含量的 QTL 与大豆 γ-TMT 基因
Glyma12g01690[30]不在同一个染色体, 而与尿黑酸叶绿
基转移酶 HPT (GenBank 登录号为 DQ231061)基因[31]
位于相同染色体(Gm09: 18 579 763~18 585 148), 但与
Satt617标记(Gm09: 31 816 370~31 816 414)相距较
远。这 2 个标记区间及标记尚未见报道与维生素 E
含量相关, 说明本文定位到的这 4个 QTL (qγ20-1、
qγ24-1、qTVE20-1和 qTVE24-1)可能是控制维生素 E
含量的新 QTL。本研究还定位到 qα3-1和 qTVE10-1
与前人[10-11]研究不同, 它们也可能是维生素 E 及组
分含量的新位点, 其作用有待进一步研究证实。
3.2 大豆维生素 E及组分间关系的 QTL基础
本研究维生素E及组分在内的4种性状一共检测
到8个加性QTL和12对上位性QTL。由相关分析可知,
α-生育酚和γ-生育酚含量、维生素E总含量存在着极
显著正相关(P<0.001), γ-生育酚与VE总含量存在着
极显著正相关(P<0.001), δ-生育酚和γ-生育酚含量存
在着极显著正相关(P<0.001)。从QTL间的连锁关系
可以看出这种相关的遗传基础。(1) α-生育酚和γ-生
育酚含量: O-1连锁群上检测到控制α-生育酚含量的
194 作 物 学 报 第 41卷

加性QTL qα3-1与控制γ-生育酚含量的上位性QTL
γ-Toc-e1,1位于同一连锁群的不同区间, 加性效应一
正一负, 这表明在O-1连锁群这2个区段可能存在同
时降低α-生育酚含量和提高γ-生育酚含量的主效
QTL和上位性QTL。(2) α-生育酚和维生素E总含量:
控制α-生育酚含量的加性QTL qα17-1与控制维生素
E总含量的上位性QTL TVE-e3,1位于C2连锁群的同
一区间, 加性效应相反。而位于O-1连锁群上控制α-
生育酚含量的加性QTLqα3-1与控制维生素E总含量
的上位性QTL (TVE-e1,1和TVE-e2,1)定位区间不同,
加性效应有正有负。这表明在C2和O-1连锁群可能存
在同时调控α-生育酚和维生素E总含量的主效QTL
和互作QTL。(3) γ-生育酚和维生素E总含量: 控制γ-
生育酚含量的加性QTL qγ20-1与控制维生素E总含
量的上位性QTL TVE-e3,2位于K连锁群的不同区间,
均表现负向效应, 这表明在K连锁群这2个区段可能
存在同时降低γ-生育酚和维生素E总含量的主效
QTL和上位性QTL。(4) δ-生育酚和γ-生育酚含量: 控
制δ-生育酚含量的上位性QTL (δ-Toc-e3,2)和控制γ-
生育酚含量的上位性QTL (γ-Toc-e2,1)位于C2连锁群
的不同区间, 均表现负向效应。这表明这2个区段可
能存在同时降低δ-生育酚和γ-生育酚含量的互作
QTL。QTL的定位结果与性状的表型相关一致性较
好, 说明了性状相关的遗传基础可能来源于控制数
量性状位点的QTL间的连锁。此外, δ-生育酚和维生
素E总含量存在极显著的正相关(P<0.001), 但是在
加性QTL和互作QTL中没有检测到相关QTL间的连
锁, 这说明可能还有许多没有检测到的微效QTL在
起作用。
所检测到的 8个加性 QTL中, 加性 QTL qα17-1
和 qδ14-1 与互作 QTL δ-Toc-e3,2、TVE-e3,1 和
δ-Toc-e1,2在同一区间。此外, 其他加性 QTL均未参
与互作, 互作大多是非加性 QTL之间的互作。这说
明控制维生素 E及组分含量的一些 QTL是独立作用
的, 不受其他 QTL的影响, 而另一些 QTL是和其他
QTL一起存在时才有效应。
维生素 E 含有 3 种主要生育酚, 所以在遗传上
维生素 E 总含量与其组分之间可能会有联系。Li
等 [11]利用 F2:7群体合丰 25×Bayfield对维生素 E及组
分含量进行定位, 在 3 个地区均检测到 Dlb 连锁群
上同时控制维生素 E及组分生育酚含量相关的QTL,
2个地区在 N、A2和 L连锁群上均检测到控制维生
素 E 及组分生育酚含量相关的 QTL。本研究利用
Essex×ZDD2315 (F2:7~12)群体对维生素 E及组分含量
进行定位, α-生育酚和 γ-生育酚含量各检测到 2个加
性 QTL, 4对和 2对上位性 QTL, 其中 O-1连锁群上
有 1个加性QTL和上位性QTL (即前文提到的 qα3-1
和 γ-Toc-e1,1)与 α-生育酚和 γ-生育酚含量相关, 二
者效应相反; C2连锁群上控制 α-生育酚的加性 QTL
(qα17-1)与维生素 E总含量的上位性QTL (TVE-e3,1)
均位于同一区间, 但二者效应相反。本研究表明, 在
维生素 E 组分调控体系中控制各组分的基因可能不
同。在育种实践中, 需要提高 α-生育酚含量或维生
素 E 总含量, 而 O-1 和 C2 连锁群上检测到的 QTL
分别在 2个性状中的效应是相反的, 且涉及了上位
性, 在实际利用中有一定难度。
3.3 大豆维生素 E遗传体系对育种的启示
维生素 E 及组分生育酚含量表型变异和遗传变
异的组成情况见表 6 和图 2。本研究检测到 4 个性
状的加性和上位性所占遗传变异的比例均只有
1/4~1/3, 说明维生素 E 及其生育酚组分之间还存在
大量微效位点。另外, 所有加性和上位性均未检测
到显著的环境互作, 这可能是因为加性、上位性与
环境互作效应较小而不易检出。大豆维生素 E 与年
份方差未达显著水平, 这与李灵娟[32]研究甘蓝 DH
群体在多环境下总生育酚的合成量不随生长环境变
化而稳定表达相似。
作为一个育种者, 我们希望得到效应大的 QTL
用于标记辅助选择, 但本文检测到的单个加性 QTL
和互作 QTL的贡献率均小于 10%。因此, 如何转移
和聚合包括微效基因在内的多基因对育种者来说将
是一个挑战。
4 结论
利用 QTLNetwork 2.1结合 WinQTLCart 2.5和
QTL IciMapping 2.0软件共检测到 8个和 12对控制
大豆维生素 E 及组分生育酚含量的加性和互作
QTL。微效基因的方差是遗传方差扣除加性和上位
性方差后的剩余部分, 其中 α-生育酚含量加性、互
作 QTL 和未定位到 QTL 的微效基因累计贡献值分
别为 8.68% (2个)、15.57% (4对)和 72.42%, 未检测
到的微效基因变异约占遗传变异的 3/4。γ-生育酚、
δ-生育酚和维生素 E总含量的加性 QTL累计贡献值
分别为 8.59% (2)、5.44% (1)和 11.39% (3); 互作QTL
累计贡献值分别为 11.57% (2)、17.61% (3)和 9.48%
(3); 未定位到的 QTL 累计贡献值 72.43%、66.16%
第 2期 张红梅等: 大豆籽粒维生素 E含量的 QTL分析 195


和 75.32%, 说明未定位到的微效基因的变异约占
2/3 以上。各性状的遗传构成中, 未检测出的微效
QTL 份额最大, 加性 QTL 和互作 QTL 贡献相差不
大。对这种遗传组成性状的育种要考虑在常规方法
聚合微效 QTL基础上, 结合标记辅助方法聚合主要
QTL。
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