大豆是非常重要的经济作物,早在3,000~5,000年前的中国,人们便已经开始对大豆进行了驯化。大豆种子大小是驯化过程中一个非常重要的性状,研究控制大豆种子大小的基因对了解大豆基因的进化具有很重要的意义。在已报道的大豆种子大小性状关联分析中,所用分子标记数目比较少,其密度低,降低了关联分析的功效;所用关联分析方法是基于群体结构和多基因背景控制的单位点全基因组扫描方法,涉及多重检验问题,得到的显著关联位点不多。因此,有关大豆种子大小基因的报道很少,远远小于拟南芥和水稻等植物。针对上述问题,本研究基于286份大豆材料的10组种子大小相关性状的表型数据与106013个高密度SNPs标记的基因型数据,使用5种多位点GWAS方法进行大豆种子大小性状的关联分析,获得其候选基因,并研究优异等位基因在群体的分布与实施设计育种。首先,在5种多位点GWAS分析方法的结果中挑选多次重复检测到的QTNs和同一年同一性状检测结果中物理位置间距小于50kb的位点区间(QTR)作为本研究的大豆种子大小QTNs和QTRs;然后,在候选位点和候选区域中间的前后50kb区域内选取候选基因,通过不同大豆种子大小品种间的差异表达分析和大豆种子成熟前期与成熟中期的差异表达分析筛选候选基因;第三,利用前人发现的大豆驯化区域与本研究大豆种子大小关联位点和关联区域比较,获得大豆种子大小相关的驯化位点;最后,分析大豆种子大小关联位点优异等位基因在群体中的分布,实施设计育种。主要结果如下:1、利用FASTmrEMMA、ISIS EM-BLASSO、pLARmEB、FASTmrMLM和mrMLM共5种多位点全基因组关联分析方法,将286份大豆材料的106013个SNP标记与种子粒长、粒宽和粒厚的2008至2015年共10组表型观测值以及种子百粒重2011至2015年共7组表型观测值进行关联,在LOD≥3.0显著阈值下,共检测到上述四性状的433、406、395和311个QTNs。在上述1137个QTNs中,选择至少3次检测到的百粒重QTNs和至少4次检测到的粒长、粒宽和粒厚QTNs作为候选QTNs,共有59个;选择同一组同一性状物理距离小于50kb的位点作为候选区域,共发现62个QTRs。在候选位点和候选区域中间的前后50kb区域内,共发现900个基因。选择至少5次检测到的百粒重QTNs和至少7次检测到的粒长、粒宽和粒厚QTNs作为高频QTNs,共发现10个高频QTNs。2、利用下载的大豆种子发育7个时期转录组数据,在上述900个基因中,至少1个时期表达量大于其平均表达量2倍的高表达基因共有353个。利用DEGseq软件分析了2个野生大豆分别与2个地方品种和2个育成品种开花后15、25、35和55天四个时期的差异表达,在353个高表达基因中共发现141个有显著差异(α=0.01),主要集中在开花后35和55天两个时期。比较前人发现的种子发育成熟前期与成熟中期的2680个差异表达基因与上述141个差异表达基因,共发现23个共同基因。另外,利用基因差异表达分析和前人研究结果发现,在10个高频QTNs附近还有3个基因具有研究价值。3、将前人发现的593个大豆驯化区域或驯化位点与本研究的59个大豆种子大小QTNs比较,发现17个QTNs位于前人发现的大豆驯化区域中,属于驯化位点。这17个QTNs的优异等位基因在野生大豆、地方品种和育成品种中的平均等位基因数分别为2.93、9.28和9.44个。在23个候选基因中,有5个基因位于上述17个驯化位点附近,其中3个基因可能与种子发育相关。4、通过59个大豆种子大小QTNs获得了59个优异等位基因,其中与粒长、粒宽、粒厚和百粒重关联的优异等位基因分别有18、23、16和28个,17个优异等位基因同时与多种性状关联。在286份大豆材料的每份材料中分别含有与粒长、粒宽、粒厚和百粒重关联的优异等位基因1~17、2~22、2~15和1~26个,其平均数分别为9.04、14.3、10.79和10.99。每个性状关联的优异等位基因数目与各自表型数据的相关系数分别为0.789、0.803、0.765和0.75(P值均<0.0001),表明优异等位基因数目与表型成正相关。在野生大豆、地方品种和育成品种中,分别有14.5、33.97和35.34个上述优异等位基因。利用上述优异等位基因信息,发现雅畈早豆、福建大豆、宜兴乌黄豆等品种可能是改良大豆种子大小的优异亲本。若改良大豆百粒重、粒长、粒宽和粒厚,可分别用雅畈早豆×平阴羊眼、雅畈早豆×宜兴乌黄豆、雅畈早豆×福建大豆和湖南秋豆1号×雅畈早豆杂交组合,使其优异等位基因数为27、18、23和16个。若同时改良上述四个性状,可采用雅畈早豆×荣县大黄豆杂交组合,使其优异等位基因数为58个。