在加拿大种植大豆:合作基因组学研究

合作研究项目SoyaGen于2015年10月正式启动，旨在将大豆开发为一种有价值且可行的作物。François Belzile和Université Laval, Québec的Richard Bélanger共同领导了这个雄心勃勃的项目，涉及6个研究机构。该项目得到了加拿大基因组(Genome Canada)、Génome Québec、西方粮食研究基金会(Western Grain Research Foundation)和其他14个合作伙伴的支持，还包括种植者协会和种子生产商，以确保他们的研究成果得到实际应用。

大豆（甘氨酸最大)是一种原产于东亚的豆科植物，其可食用的豆子是人类和牲畜所需蛋白质和油的宝贵来源。大豆可能在19世纪中期首先在加拿大种植，现在是那里的第三大重要作物，仅次于小麦和油菜籽，而且有潜力扩展到该国更多的地区。

为此，需要，适应加拿大生长条件的高产，短季品种。此外，种植者不熟悉作物必须相信其实际和经济的可行性。他们还应该配备迅速，适当地对该地区大豆的主要疾病进行响应，以及变化的气候。

大豆的一个优点是它不需要补充氮，而氮是一种很环保的肥料。的确，大豆可以通过它的共生关系固定大气中的氮Bradyrhizobium.细菌。然而，为了减少杀虫剂的使用和避免产量损失，具有抗病虫害能力的植物是必不可少的。

加拿大的夏天很短，所以大豆品种必须成熟并迅速结子。由于大豆品种成熟期不同，了解早熟的遗传基础(及其与产量的关系)是很重要的。基因组学的进步，特别是测序技术，现在使获得和应用这些遗传信息成为可能。

大豆育种家可以利用基因组学辅助育种方法快速选择优良的杂交组合或品种。可以确定植物生长关键方面的遗传标记，如达到成熟所需的时间和抗病能力，也可以确定哪些基因组合在不同的农业环境条件下产量最好。

加拿大大豆基因分型
遗传变异（相同物种的植物之间的DNA序列差异）在不断变化的环境条件下，增强了植物适应性和生存。新方法使育种者能够序列整个植物，品种或大豆含量的基因组，并以低成本产生大量的高质量DNA序列数据。

大豆育种者利用基因组学辅助的育种方法，迅速发展改善的品种。

利用下一代测序技术，研究人员可以系统地检测大豆的遗传多样性和结构变异，这将有助于他们调查表型(可观察的植物特征，如形态和化学成分)和基因型(不同大豆品种的遗传组成)之间的联系。

作为SoyaGen项目的一部分，对区域相关的短季大豆种质（植物材料组）的大量代表性样本进行了测序。高级分析管道（将原始基因测序数据转换为可解释的数据所需的规定处理步骤）已经开发出来，以产生加拿大大豆变种的目录。

利用遗传标记用于筛选兴趣特征的筛选材料（即“基因分型”）比生长植物更有效，然后为这些特征进行测试。Soyagen还将其遗传表征方法转移到任何想要具有特定大豆线的私人或公共部门的任何人的基因分型服务。

大豆基因组选择工具
开发一个负担得起的、有效的基因分型平台，以便在信息数据库中获取大豆的遗传多样性，这将使我们能够选择适合加拿大种植者特定农业环境条件的植物，而且这些植物还具有理想的特性，包括早熟和抗病性。

除了识别控制大豆成熟的基因和DNA标记外，研究人员还在研究这些基因在作物在不同地点生长时的作用。他们在加拿大各地的试验点进行了不同成熟度基因组合的交叉测试，以了解这些“成熟度包”在不同的试验点表现如何。这将使育种者知道哪种基因组合在哪里最有效。

使用基因组选择来检查所有这些线路中的许多DNA标志物，豆酱研究人员还评估了大豆育种者用于对植物线成功进行预测的种子蛋白质含量，油含量，高度和其他相关品质等特征。基因组选择对于像产率一样的复杂性状可能是特别令人欣赏的。

植物育种者可以将大豆样本发送到SoyaGen的基因分型平台，并在几周内收到信息，帮助他们选择最合适、最有希望的大豆品系进行研究。而不是依靠试验和错误来确定最有希望的杂交，它可以帮助实现一个更有效和更具成本效益的过程。因此，大豆早熟和抗病的基因组选择工具已经成功地融入加拿大的植物育种计划中。

大豆疾病的诊断工具
对于加拿大大豆的三种主要病害——大豆疫霉根腐病(phytophthora sojae, PRR)、大豆囊肿线虫病(Heterodera glycine, SCN)和菌核菌(sclerotinia sclerotiorum, SSR)——最可靠、最经济的减少产量损失的方法是采用抗性大豆品种。幸运的是，大豆确实有抵抗这些疾病的基因。

然而，在PRR和SCN的情况下，使用的抗性基因需要针对特定地区的种族或品系。换句话说，如果没有关于PRR和SCN相当大的遗传多样性及其在特定地区的优势的完整信息，育种者和种植者就无法选择或培育出正确的抗性大豆植株。这就是为什么SoyaGen公司一直在开发诊断分子工具，以准确地描述加拿大大豆田中的PRR和SCN菌株:了解你的敌人意味着你可以更好地准备你的防御。

加拿大大豆种植区的系统抽样和疾病诊断工具正在被用于绘制PRR的分布地图。这将提醒种植者病原体的存在，并指导育种人员生产抗病原体的品种。它也将为加拿大PRR品种提供参考，以帮助大豆育种家和种植者适应如果和当PRR进化。

因此，通过了解种植者领域中存在的菌株，育种者将能够做出抗性大豆品种的具体建议。如果种植者具有PRR或SCN的问题，他们将能够将土壤样本发送到诊断实验室，以获得对它们具有的菌株的快速和准确诊断。在多年来，他们可以用相关的阻力来植物品种。

任何想要具有特定大豆线的人都可以使用基因分型服务。

与PRR和SCN不同，大豆中没有SSR小种，因此也没有可利用的小种特异抗性基因。大豆品种对SSR抗性的发展以前一直受到植物基因的限制。与高感品种相比，在鉴定部分抗性品种中更高表达（或“活性”）的基因方面取得了进展。对抗病基因的进一步了解将有助于培育优良品种。

大豆遗传学的商业应用
尽管大豆的品种改良和抗病性很重要，但也需要有效的政策和机构来最大限度地进行研究创新。加拿大对研究成果的评价很高，但归根结底，正是基因组学在大豆遗传学方面取得的进展的商业应用，将使大豆在该国的发展成为可能。

种植者必须能够评估现有的信息，并有信心将大豆纳入他们农场的小麦-油菜轮作中是有利可图的。确定可能增加种植者采用大豆的因素，如有用的信息、长期研究资金和作物运输和搬运系统，对扩大这种作物也至关重要。

如本文所述，SoyaGen项目有一些雄心勃勃的研究目标和可交付成果。通过让种植者、农艺顾问和公共推广专家参与研究过程和推广工具的设计，人们希望现在可以解决知识差距，这将加快种植者对多功能大豆的采用。