摘要：選用雄穗分枝數(shù)有顯著差異的甜玉米自交系T14和T4為親本配制雜交組合，以330個F2單株為作圖群體，用復(fù)合區(qū)間作圖法在玉米全基因組上檢測控制雄穗分枝數(shù)的QTL。結(jié)果顯示，在F2群體中檢測到6個雄穗分枝數(shù)QTLs，位于玉米第2、4、9染色體上，對表型的貢獻率為5.0%～17.4%；在F2∶3群體中檢測到8個與甜玉米雄穗分枝數(shù)相關(guān)的QTLs，分別位于玉米第2、3、4、8染色體上，對表型的貢獻率為3.5%～13.6%；對比F2和F2∶3的定位結(jié)果，挖掘到3個在兩世代中表現(xiàn)穩(wěn)定一致的QTLs，分別位于第2、4染色體上。

關(guān)鍵詞：甜玉米；雄穗分枝數(shù)；復(fù)合區(qū)間作圖；QTL

中圖分類號：S513；Q943.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）15-3492-04

雄穗分枝數(shù)是玉米育種與種子生產(chǎn)過程中的重要農(nóng)藝性狀。雄穗小分枝少有益于增加下層葉片的透光性并減少對養(yǎng)分的消耗，提高產(chǎn)量[1]。Geraldi等[2]的研究表明雄穗分枝數(shù)與產(chǎn)量呈負相關(guān)，因此在育種實踐中選育雄穗小分枝較少的雜交種是目前玉米育種的一個趨勢。然而在雜交玉米種子生產(chǎn)過程中卻要求作父本的親本植株具有較為發(fā)達的雄穗，以利于提高制種質(zhì)量、降低成本。因此，發(fā)掘控制玉米雄穗分枝數(shù)的基因位點，合理地改良玉米雄穗性狀，對于玉米育種具有深遠的實踐意義。迄今，在不同遺傳背景、不同環(huán)境條件下不斷檢測和定位出控制玉米雄穗分枝數(shù)的QTL[3-7]，但研究結(jié)果不盡一致，QTL的穩(wěn)定性也很少得到鑒定。本研究以雄穗分枝數(shù)有顯著差異的2個甜玉米自交系的F2單株為作圖群體，用復(fù)合區(qū)間作圖法在玉米全基因組上進一步發(fā)掘和鑒定控制玉米雄穗分枝數(shù)的QTLs，研究它們的分布和遺傳效應(yīng)，并與前人研究結(jié)果相比較得出穩(wěn)定一致的QTLs，以期為實現(xiàn)玉米雄穗性狀相關(guān)QTLs的精細定位和定向改良提供有價值的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與田間試驗

供試親本T14和T4是由仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院作物研究所經(jīng)多年嚴格自交選育的甜玉米自交系。經(jīng)多年田間調(diào)查，自交系T14的平均雄穗分枝數(shù)為14.8，T4為27.4，兩親本雄穗分枝數(shù)差異極顯著（P<0.01）。

2008年上半年在仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院鐘村教學(xué)農(nóng)場選取土壤肥力均勻一致的田塊，以T14（P1）和T4（P2）為親本作雜交。2008年下半年將產(chǎn)生的F1自交獲得330個F2群體。2009年上半年種植該組合P1、P2、F1和F2代材料，嚴格控制行距和株距，四周設(shè)置保護行，于成株期調(diào)查各F2單株雄穗分枝數(shù)；同時采用Paterson等[8]的方法提取該組合親本、F1和F2群體的DNA，并將F2單株自交獲得330個F2∶3家系種子。2009年下半年種植F2∶3家系，于成株期調(diào)查各家系材料雄穗分枝數(shù)，取平均值用以檢測F2∶3家系雄穗分枝數(shù)QTL。

1.2 DNA分子標(biāo)記試驗設(shè)計

根據(jù)Wang等[9]的玉米高多態(tài)性SSR引物和已發(fā)表的玉米連鎖遺傳圖譜[10-13]設(shè)計引物，檢測T14和T4基因組之間的多態(tài)性，將得到的多態(tài)性引物對F2、F2∶3進行基因型鑒定，并記錄群體基因型。SSR引物由上海Sangon公司合成，參照Zhang等[14]的方法進行PCR擴增、產(chǎn)物電泳和銀染。

1.3 遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建和QTL的定位及命名

用JoinMap 3.0軟件分析標(biāo)記間的連鎖關(guān)系，以F2為作圖群體構(gòu)建分子遺傳圖譜[15]。采用Windows QTLs Cartographer 2.5結(jié)合復(fù)合區(qū)間作圖法在F2群體和F2∶3家系中檢測雄穗分枝數(shù)QTL[16]，通過1 000次隨機抽樣確定LOD閾值。

QTL命名方法參照McCouch等[17]的方法，按照QTL+性狀+QTLs個數(shù)，其中QTL以小寫“q”開始，性狀以英文縮寫表示，如雄穗分枝數(shù)QTL以TPBN表示，如果同一染色體上存在多個不同位點的QTL則在染色體后加數(shù)字“1”、“2”、“3”等加以區(qū)別。

2 結(jié)果與分析

2.1 雄穗分枝數(shù)正態(tài)分布檢驗

對F2和F2∶3家系材料的雄穗分枝數(shù)進行正態(tài)分布檢驗，統(tǒng)計結(jié)果見表1。從變幅和變異系數(shù)看，群體雄穗分枝數(shù)性狀的變異較大；從偏度和峰度看，雄穗分枝數(shù)未顯著偏離正態(tài)分布，符合QTL定位的基本要求，可以進行QTL檢測。

2.2 遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建

從550對SSR引物中篩選出在T14和T4之間有多態(tài)性的引物共217對，用JoinMap 3.0軟件對217個多態(tài)位點進行連鎖關(guān)系分析，得到一張含192個位點、全長1 260 cM的玉米SSR標(biāo)記遺傳連鎖圖譜，標(biāo)記間的平均間距為6.56 cM（圖1）。

2.3 雄穗分枝數(shù)的QTL定位

2.3.1 F2群體雄穗分枝數(shù)的QTL檢測 對F2群體應(yīng)用復(fù)合區(qū)間作圖的方法檢測到6個QTLs，分別位于第2、4、9染色體上（圖1，表2）。其中，qTPBN-ch.2-1、qTPBN-ch.2-2和qTPBN-ch.2-3位于第2染色體上，加性效應(yīng)值分別為0.61、-0.22和-1.40，對表型的貢獻率分別為11.8%、17.4%和11.4%；在第4染色體上檢測到2個QTLs，分別為qTPBN-ch.4-1和qTPBN-ch.4-2，其加性效應(yīng)分別為-0.28和 -1.42，對表型的貢獻率分別為14.7%和9.4%；在第9染色體上檢測到1個QTL，為qTPBN-ch.9-1，其加性效應(yīng)為-0.25，對表型的貢獻率為5.0%。

2.3.2 F2∶3家系雄穗分枝數(shù)的QTL檢測 應(yīng)用復(fù)合區(qū)間作圖法結(jié)合F2∶3家系數(shù)據(jù)，定位到8個雄穗分枝數(shù)QTLs（圖1，表2）。其中，qTPBN-ch.2-4和qTPBN-ch.2-5位于第2染色體上，其加性效應(yīng)分別為-2.01和-2.03，對表型的貢獻率分別為13.6%和7.9%；qTPBN-ch.3-1和qTPBN-ch.3-2定位于第3染色體上，其加性效應(yīng)分別為-2.07和-1.44，對表型的貢獻率分別為8.2%和4.5%；在第4染色體上檢測到3個QTLs，分別為qTPBN-ch.4-3、qTPBN-ch.4-4和qTPBN-ch.4-5，其加性效應(yīng)分別為-1.42、-1.29和-1.84，對表型的貢獻率分別為4.6%、3.5%和5.6%；在第8染色體上檢測到1個QTL，為qTPBN-ch.8-1，其加性效應(yīng)為0.40，對表型的貢獻率為4.4%。

在F2群體和F2∶3家系中發(fā)現(xiàn)3個穩(wěn)定的控制雄穗分枝數(shù)的QTLs。qTPBN-ch.2-2和qTPBN-ch.2-4相距僅4.0 cM，且均位于umc1555～phi083區(qū)間內(nèi)，是同一個QTL；qTPBN-ch.2-3和qTPBN-ch.2-5均位于phi083～dupssr21區(qū)間內(nèi)的同一位置，是同一個QTL；qTPBN-ch.4-1和qTPBN-ch.4-5相距僅2.0 cM，且均位于umc2287～bnlg2162區(qū)間內(nèi)，也是同一個QTL（圖1、表2）。

3 小結(jié)與討論

普遍認為玉米雄穗分枝數(shù)屬于典型的數(shù)量遺傳性狀， 通過分子標(biāo)記鑒定控制雄穗分枝數(shù)的基因組區(qū)域可為深入研究該性狀的遺傳和分子機制提供可靠而準(zhǔn)確的手段。近年來已有較多對玉米雄穗分枝數(shù)的遺傳和分子標(biāo)記定位的研究[3-7]。本研究利用2個雄穗分枝數(shù)有顯著差異的甜玉米自交系為親本配制組合，在F2群體和F2∶3家系中檢測到14個雄穗分枝數(shù)QTLs，分別位于第2、3、4、8、9染色體上。其中，qTPBN-ch.9-1位于第9染色體，與湯華等[3]定位的雄穗分枝數(shù)QTL qTBN9同時位于標(biāo)記bnlg127附近，因此可以推測在標(biāo)記bnlg127附近存在穩(wěn)定可靠的雄穗分枝數(shù)QTL，此定位結(jié)果有助于驗證和豐富前人的研究結(jié)果，并可作為玉米雄穗分枝數(shù)相關(guān)數(shù)量性狀基因（Quantitative trait gene，QTG）的候選基因。

另外，此研究得出的與玉米雄穗分枝數(shù)相關(guān)的QTL的加性效應(yīng)值大多為負值。表明減少雄穗分枝數(shù)的QTL來源于T14，而與之相對應(yīng)的增加雄穗分枝數(shù)的QTL來源于T4。因此在育種實踐中可以利用甜玉米自交系T14和T4，通過QTL的逐步聚合達到減少或增加雄穗分枝數(shù)的目的，創(chuàng)造出既有利于提高生物學(xué)產(chǎn)量又能提高制種質(zhì)量、降低成本的理想雄穗分枝數(shù)的玉米新種質(zhì)。

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