玉米籽粒粒型及產(chǎn)量相關(guān)性狀的QTL定位和遺傳分析.pdf

1、玉米是重要的糧食、飼料和能源作物，穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)是玉米育種的主要目標(biāo)。粒型性狀和其他產(chǎn)量相關(guān)性狀是復(fù)雜的數(shù)量性狀，受眾多數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL)控制，影響玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)，因而是玉米籽粒產(chǎn)量遺傳改良的重要指標(biāo)。本研究利用大粒、粗穗軸自交系V671和小粒、細(xì)穗軸的自交系美C構(gòu)建了包含270個(gè)單株的F2分離群體及其F2∶3家系。利用分子標(biāo)記技術(shù)鑒定F2群體的基因型，并結(jié)合多年多點(diǎn)的表型數(shù)據(jù)，分別對(duì)各家系粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、百粒重、穗粗、穗長(zhǎng)、軸粗、

2、穗行數(shù)進(jìn)行單環(huán)境QTL定位和多環(huán)境聯(lián)合分析，深入探討了籽粒粒型和產(chǎn)量相關(guān)性狀的遺傳基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.8個(gè)性狀表型數(shù)據(jù)的方差分析表明:各性狀在家系和環(huán)境間的差異均達(dá)到極顯著水平(P＜0.01），均存在明顯的雙向超親分離現(xiàn)象。各性狀的廣義遺傳力介于0.821-0.957之間，穗行數(shù)最高，穗粗最低;籽粒粒型性狀的廣義遺傳力普遍較高(0.880-0.944)。
　　2.表型相關(guān)分析表明粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚與百粒重，以及粒

3、寬與粒厚均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)，粒長(zhǎng)與粒厚極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)，軸粗、穗粗與穗行數(shù)之間表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，穗行數(shù)與百粒重之間存在極顯著負(fù)相關(guān);回歸分析同樣表明粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚對(duì)百粒重有著穩(wěn)定的正向貢獻(xiàn)，且以粒厚的貢獻(xiàn)最大，穗行數(shù)對(duì)百粒重則表現(xiàn)出負(fù)向貢獻(xiàn)。
　　3.利用256個(gè)共顯性SSR標(biāo)記構(gòu)建了覆蓋玉米全基因組的分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜。圖譜總長(zhǎng)1351.50cM，標(biāo)記平均間距5.28cM。其中197個(gè)位點(diǎn)等位基因頻率符合1∶

4、2∶1的分離比。59個(gè)偏分離的標(biāo)記主要分布在第1、2、3、7、9和10染色體上。在第3染色體3.00-3.08bin的基因組區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到一個(gè)較大的偏分離熱點(diǎn)，偏向大粒親本V671;其他偏分離位點(diǎn)則偏向雜合基因型。所有標(biāo)記在圖譜中的相對(duì)位置與參考圖譜IBM2008Neighbors的標(biāo)記位置信息基本一致。
　　4.利用復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)270個(gè)F2∶3家系的8個(gè)性狀進(jìn)行單個(gè)環(huán)境QTL定位，檢測(cè)到115個(gè)QTL，主要分布在第1、2、4、

5、5、6和9號(hào)染色體上。其中檢測(cè)到的粒長(zhǎng)相關(guān)的QTL最少，為6個(gè)，單環(huán)境中可以解釋1.18％-12.92％的表型變異;檢測(cè)到的粒厚相關(guān)的QTL最多，為18個(gè)，單環(huán)境下可解釋0.84％-17.98％的表型變異。在兩個(gè)以上環(huán)境中檢測(cè)到51個(gè)穩(wěn)定表達(dá)的QTL。大部分QTL的表型貢獻(xiàn)率較低，僅可解釋10％以下的表型變異。除了穗長(zhǎng)和穗粗外，均檢測(cè)到穩(wěn)定表達(dá)的粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、百粒重、軸粗、穗行數(shù)相關(guān)的主效QTL（在兩個(gè)以上環(huán)境中檢測(cè)到，并且至少在一

6、個(gè)環(huán)境中的表型貢獻(xiàn)率大于10％），共21個(gè)，主要表現(xiàn)為加性或部分顯性效應(yīng)。5個(gè)QTL，qKW1-2，qKT1-4，qERN2-4，qERN9-1和qCD9-2在所有試驗(yàn)環(huán)境中均穩(wěn)定表達(dá)，同時(shí)也被聯(lián)合分析檢測(cè)到，除qCD9-2以外均為主效QTL。聯(lián)合分析檢測(cè)到的55個(gè)QTL中，44個(gè)同時(shí)在單環(huán)境分析中定位到，其中包括16個(gè)主效QTL;另有11個(gè)僅在聯(lián)合分析中檢測(cè)到，為微效QTL。兩種定位方法的研究結(jié)果均表明籽粒粒型和產(chǎn)量相關(guān)性狀受到一些穩(wěn)

7、定表達(dá)的主效QTL和眾多微效QTL的遺傳控制。
　　5.QTL的互作分析表明，某些微效QTL與環(huán)境存在互作，但效應(yīng)并不高。本研究未檢測(cè)到粒型和產(chǎn)量相關(guān)性狀主效QTL與環(huán)境存在互作效應(yīng)。上位性互作分析共檢測(cè)到8對(duì)互作QTL(P＜0.05)。其中，加加、加顯/顯加和顯顯上位性互作形式均有表現(xiàn)，但這些位點(diǎn)揭示的表型變異率較低，僅0.02％-2.98％。另外，在多個(gè)參與上位性互作的位點(diǎn)均檢測(cè)到顯著的QTL，少數(shù)互作是發(fā)生在非顯著的位點(diǎn)，說(shuō)

8、明上位性效應(yīng)是玉米粒型和產(chǎn)量相關(guān)性狀的重要遺傳基礎(chǔ)。
　　6.粒型和產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL在基因組中的分布位點(diǎn)有重疊區(qū)域，如bin2.05-2.07，bin4.08,bin5.01-5.03，bin9.03-9.04。粒型QTL還聚集在bin1.02-1.03、bin1.04-1.06、bin2.01-2.03和bin2.08的基因組區(qū)域;bin1.09-1.10、bin2.03-2.04、6.04-6.05bin和bin9.05內(nèi)則