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        高油玉米突變體穗位高與株高的QTL定位

        2012-12-31 00:00:00趙韋
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年7期

        摘要:以EMS誘變獲得的高油玉米(Zea mays L.)突變體ce03005為材料,對(duì)植株的穗位高和株高進(jìn)行了遺傳分析。通過(guò)隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),分析玉米167個(gè)BC1S1家系的穗位高和株高的變化。利用101對(duì)共顯性引物構(gòu)圖,構(gòu)圖長(zhǎng)度為1 611.7 cM,標(biāo)記間平均距離為15.9 cM。用復(fù)合區(qū)間作圖法進(jìn)行數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL)分析,共檢測(cè)到3個(gè)控制穗位高的主效QTL和1個(gè)微效QTL,分別位于1號(hào)和2號(hào)染色體上,單個(gè)控制穗位高QTL的貢獻(xiàn)率變幅為4.42%~15.42%;檢測(cè)到2個(gè)控制株高的主效QTL和1個(gè)微效QTL,分別位于1號(hào)和4號(hào)染色體上,單個(gè)控制株高QTL的貢獻(xiàn)率變幅為7.89%~12.53%。

        關(guān)鍵詞:玉米(Zea mays L.);突變體;SSR;數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL);穗位高;株高

        中圖分類(lèi)號(hào):S513;S336 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2012)07-1312-03

        Ear Height and Plant Height QTL Mapping of High Oil Maize Mutant

        ZHAO Wei

        (Maize Research Institute,Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150086,China)

        Abstract: A high oil corn mutant ce03005 obtained by EMS pollen mutagenesis was used for identifying QTLs of ear height and plant height. The variation of ear height and plant height of a BC1S1 population with 167 individuals was measured by random block design. A genetic linkage map with a length of 1 611.7 cM was constructed using 101 SSR markers while the average distance between loci was 15.9 cM. According to composite interval mapping, 3 major and 1 micro-effect QTLs of ear height respectively locating at chromosome 1 and 2 was identified, with their individual contribution to ear height ranging from 4.42% to 15.42%. 2 major and 1 micro-effect QTLs of plant height respectively locating at chromosome 1 and 4 was detected, the contribution of individual loci was 7.89%~12.53%.

        Key words: maize(Zea mays L.); mutant; SSR; quantitative trait loci(QTL); ear height; plant height

        玉米(Zea mays L.)耐密品種的篩選與抗倒伏性是密不可分的,所以玉米的穗位高和株高遺傳機(jī)制的研究重新得到人們的高度重視。對(duì)穗位高和株高的遺傳研究及QTL定位已有很多報(bào)道[1-3]。本研究對(duì)穗位高和株高的QTL進(jìn)行分析,旨在從分子水平上分析穗位高和株高的遺傳基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        以普通玉米自交系B73(黃色子粒)為母本,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家玉米改良中心通過(guò)EMS花粉誘變獲得的高油玉米材料ce03005(白色子粒)為父本,組配F1雜交種。以ce03005為輪回親本F1進(jìn)行回交得到BC1果穗,人工自交授粉得到BC1S1,并測(cè)定BC1S1家系植株的穗位高和株高。

        1.2 田間試驗(yàn)

        采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),兩次重復(fù),每個(gè)小區(qū)單行種植,行長(zhǎng)3.0 m,行寬0.5 m,每行10株,田間管理同大田。散粉后測(cè)量穗位高、株高,每行隨機(jī)測(cè)量中間10株。

        1.3 基因型分析

        親本、F1和各BC1群體的葉片貯存在-80 ℃冰箱中,用改良CTAB法抽提并純化總DNA。從MaizeGDB(http://www.maizeGDB.org)選取均勻覆蓋全基因組的500對(duì)引物,并根據(jù)MaizeGDB中公布的引物序列,由北京奧克生物工程公司合成引物。利用在雙親間具有多態(tài)性的101對(duì)共顯性標(biāo)記對(duì)BC1群體進(jìn)行標(biāo)記分析。采用Saghai-maroof等[4]提出的方法,在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家玉米改良中心分子實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行SSR分析。

        1.4 數(shù)據(jù)分析和QTL定位

        利用Excel等軟件對(duì)BC1S1家系進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,考察了正態(tài)分布、偏度、峰度、χ2測(cè)驗(yàn)等。廣義遺傳力及其置信區(qū)間計(jì)算按照Knapp等[5]的方法,H=1-1/F,其中F為基因型均方同基因型與環(huán)境互作均方的比值。利用復(fù)合區(qū)間作圖(Composite Interval Mapping)法,QTL Cartographer V2.0,進(jìn)行QTL定位和效應(yīng)估計(jì)[6]。根據(jù)公式hB2=■,計(jì)算植株的穗位高和株高的廣義遺傳力。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 高油玉米突變體植株的穗位高和株高的遺傳分析

        為了進(jìn)行QTL定位,對(duì)植株的穗位高和株高在BC1S1家系中的表現(xiàn)及分布情況進(jìn)行峰度和偏度的計(jì)算,結(jié)果表明,植株的穗位高和株高在BC1S1家系中的峰度和偏度的絕對(duì)值均小于1,說(shuō)明植株的穗位高和株高分布符合正態(tài)分布,由此可見(jiàn),植株的穗位高和株高屬于典型的數(shù)量性狀。兩個(gè)親本B73和ce03005的植株的穗位高分別是77.3 cm和70.5cm,株高分別是196.8 cm和180.2 cm。BC1S1家系穗位高平均值為75.6 cm,變幅為47.0~97.0 cm;BC1S1家系株高平均值為206.2 cm,變幅為156.0~238.0 cm。167個(gè)BC1S1家系穗位高和株高方差分析的結(jié)果(表1)表明:家系間穗位高和株高達(dá)到極顯著差異,重復(fù)間差異不顯著。BC1S1家系穗位高的廣義遺傳力為76.0%,株高的廣義遺傳力為82.5%。

        2.2 SSR圖譜構(gòu)建

        從500對(duì)SSR引物中共篩選獲得擴(kuò)增效果好、條帶差異明顯的128對(duì)共顯性引物。根據(jù)128對(duì)共顯性引物擴(kuò)增信息,利用Mapmaker 3.0構(gòu)建連鎖圖譜,圖譜上共擬合101對(duì)共顯性引物,構(gòu)圖長(zhǎng)度為1 611.7 cM,標(biāo)記間平均距離為15.9 cM。

        2.3 QTL定位分析

        利用復(fù)合區(qū)間作圖軟件對(duì)BC1S1家系的植株穗位高和株高進(jìn)行了QTL分析,根據(jù)Churchill等[7]的方法,設(shè)定QTL的顯著性水平為0.05,模擬運(yùn)算1 000次,共檢測(cè)到3個(gè)控制穗位高的主效QTL和1個(gè)微效QTL,分別位于1號(hào)和2號(hào)染色體上(圖1),單個(gè)控制穗位高QTL的貢獻(xiàn)率變幅為4.42%~15.42%;檢測(cè)到2個(gè)控制株高的主效QTL和1個(gè)微效QTL,分別位于1號(hào)和4號(hào)染色體上,單個(gè)控制株高QTL的貢獻(xiàn)率變幅為7.89%~12.53%。基因的作用方式都為加性效應(yīng)(表2)。

        3 討論

        隨著QTL定位研究在各種作物中的廣泛開(kāi)展,人們對(duì)QTL定位的可靠性越來(lái)越關(guān)注。根據(jù)已有的研究報(bào)道來(lái)看,盡管不同研究者所使用的試驗(yàn)材料和群體不同,但對(duì)同一性狀的研究結(jié)果還是有相符之處的,特別是一些效應(yīng)較大的QTL,確實(shí)能在不同的試驗(yàn)群體中被檢測(cè)出來(lái),而且定出的位置也比較相近。這說(shuō)明QTL定位具有一定的可靠性。

        QTL定位不區(qū)分效應(yīng)值的大小,即使是效應(yīng)值很小的QTL也可以檢測(cè)到。本研究采用SSR標(biāo)記分析的方法在(B73×ce03005)后代BC群體中發(fā)現(xiàn)了4個(gè)控制穗位高的QTL和3個(gè)控制株高的QTL,控制穗位高的QTL有3個(gè)主效QTL和1個(gè)非主效QTL,分別位于1號(hào)和2號(hào)染色體上;控制株高的QTL有2個(gè)主效QTL和1個(gè)非主效QTL,分別位于1號(hào)和4號(hào)染色體上,本試驗(yàn)所檢測(cè)到的4個(gè)穗位高QTL和3個(gè)株高QTL與其他的研究結(jié)果相似[8-10],說(shuō)明本研究所定位到的QTL具真實(shí)性,同時(shí)也說(shuō)明所采用的檢測(cè)方法具可靠性。但是2號(hào)染色體上的1個(gè)穗位高QTL和4號(hào)染色體上的2個(gè)株高QTL未找到相近的定位結(jié)果,可能為待發(fā)掘的控制玉米穗位高和株高的新數(shù)量性狀基因位點(diǎn)。

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