曹浩飛， 王 彬,2， 毛克舉， 李衛(wèi)華， 丁 冬， 付志遠， 胡彥民

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450002; 2.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471023)

抽雄期和吐絲期是反映玉米生育時期早晚的重要性狀，與玉米的產(chǎn)量、光周期反應(yīng)特性以及地域與季節(jié)的適應(yīng)性有著密切關(guān)系.在作物育種過程中，既要考慮獲得最長的光合時間，又要考慮作物類型、生態(tài)區(qū)域特點以及耕作制度，因而適宜的開花期是多種作物的重要育種目標(biāo)之一.由于中國幅員廣闊，不同生態(tài)區(qū)對玉米品種的生育時期要求存在較大差異.黃淮海夏玉米區(qū)是中國重要的玉米產(chǎn)區(qū)之一，該區(qū)一年兩熟(主要為小麥-玉米)，為保證與下茬小麥等作物的銜接，對玉米生育時期的要求顯得尤為重要.由于生育時期表型相對簡單，在田間易于獲得相對準(zhǔn)確的表型值，因此許多學(xué)者對玉米生育時期相關(guān)性狀的遺傳機制和調(diào)控機理進行了大量研究，證明生育時期相關(guān)性狀是由多基因控制的數(shù)量性狀，并定位了許多影響玉米生育時期的QTL[1，2].如VELDBOOM等利用Mo 17×H 99的F2:3家系群體，對玉米散粉期、吐絲期、雌雄開花間隔天數(shù)進行了定位，將影響散粉期的QTL定位到1，5，6，7，8和9染色體上；影響吐絲期的5個QTL定位在1，2，6，7，8染色體上，影響ASI的QTL定位在第6條和第8條染色體上[3].AUSTIN等利用Mo l7×H 99的F6:7家系，將控制散粉期的QTL定位到除第10條以外的其他9條染色體上，控制吐絲期的QTL定位到除第3條染色體之外的其他9條染色體上，控制ASI的QTL定位到第2，3，6，8條染色體上[4].目前,在MaizeGDB上已經(jīng)登記的玉米花期相關(guān)性狀的QTL達201個(http：//www.maizegdb.org/qtl.php)，其中156個QTL與散粉期、吐絲期和散粉-吐絲(ASI)直接相關(guān).但是，早期的相關(guān)研究多數(shù)是利用BC1，F(xiàn)2，RIL或DH等初級作圖群體。這些初級群體具有構(gòu)群簡單、速度快等特點.但由于遺傳背景的干擾，用初級群體很難檢測出效應(yīng)小的QTL，且QTL定位精度較低.群體內(nèi)個體間不同的遺傳背景是造成QTL 定位偏差的主要原因，只有當(dāng)性狀的遺傳力較高、群體足夠大時，定位結(jié)果才是準(zhǔn)確的[5].近年來，染色體片段代換系、導(dǎo)入系、近等基因系等次級作圖群體在農(nóng)作物重要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀的遺傳機理研究中得到了廣泛應(yīng)用[6～8].染色體單片段代換系(SSSL)群體除特定的染色體片段來源于供體外，其他遺傳組成與受體完全相同，消除了遺傳背景與QTL之間的互作干擾，通過對SSSL與受體表型性狀的差異顯著性分析，可以把QTL 定位于染色體代換片段上[9～11]，因此，SSSL群體是農(nóng)作物重要性狀遺傳研究的較為理想群體.本研究以優(yōu)良玉米自交系許178背景的綜3染色體單片段代換系為基礎(chǔ)材料，對玉米吐絲期、散粉期和ASI等 3個性狀進行了QTL分析，以期鑒定出控制玉米開花期相關(guān)性狀的重要QTL，為進一步剖析玉米開花期相關(guān)性狀的遺傳機理奠定基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1試驗材料

本研究所用試驗材料為105個純合的許178背景的綜3單片段代換系群體(SSSLs)，包含74個不重復(fù)代換片段，分布在玉米10條染色體上，覆蓋玉米基因組的47.85%[12].

1.2田間試驗設(shè)計

以受體親本許178和供體親本綜3作為對照，于2012-06將單片段代換系群體分別種植在河南省長葛市尚官曹村試驗田和浚縣農(nóng)科院劉寨試驗田，每個地點設(shè)2次重復(fù)，隨機區(qū)組設(shè)計，行長4 m，行、株距分別為60和25 cm，常規(guī)管理.在田間對每一個家系的散粉期和吐絲期分別記載，其中散粉期指從播種至每行50%以上植株雄穗開始散粉的天數(shù)，吐絲期指從播種至每行50%以上植株雌穗吐絲的天數(shù)，散粉-吐絲(ASI)是指吐絲期與散粉期相差的天數(shù).

1.3數(shù)據(jù)分析

以每個材料的散粉、吐絲天數(shù)、散粉吐絲間隔期為原始數(shù)據(jù)，將單片段代換系材料的開花期相關(guān)性狀與受體親本許178對應(yīng)性狀進行方差分析，若差異達到P<0.01的極顯著水平，則認(rèn)為該單片段代換系中來自綜3的代換片段與受體親本許178相對應(yīng)的染色體片段具有差異效應(yīng)，即存在目標(biāo)性狀的QTL.在極顯著水平對QTL進行定位的目的主要是為了減少檢測到QTL假陽性，為以后相關(guān)QTL的克隆奠定基礎(chǔ).參照ESHED等[13]的方法估算各個QTL的效應(yīng)值.

2 結(jié)果與分析

2.1單片段代換系群體開花期相關(guān)性狀的表型分析

從表1可以看出，受體親本許178和供體親本綜3在散粉期、吐絲期、ASI等 3個性狀上存在差異，許178散粉相對較晚，但雌穗吐絲較早，花期一致；而綜3雄穗散粉較早，但雌穗吐絲較遲，因此，散粉吐絲間隔期較長.在SSSLs群體中，散粉期、吐絲期和ASI 的平均值和變異范圍存在較大差異，如單片段代換系群體在?？h點的散粉期和吐絲期的變異范圍均為55.0～62.5 d，在許昌點的散粉期變異范圍為55.5～62.0 d，吐絲期的變異范圍則為55.0～64.5 d.盡管在群體水平上，散粉期和吐絲期2個試點間差異較小，但是ASI在2個試點間的差異則較大，如?？h點ASI變異范圍為0～2 d，均值為0.58 d，而許昌點ASI變異范圍則為0～4 d，均值為1.40 d.此外，單片段代換系群體的3個性狀在2個試點間均表現(xiàn)為正態(tài)分布，符合數(shù)量性狀遺傳的特點.盡管2個試點在緯度上存在一定的差異，但是生育時期的影響主要受溫度和光照長度等自然條件的影響，因此,2個親本的生育時期相關(guān)性狀在2個環(huán)境中出現(xiàn)了一定的差異.

2.2玉米開花期相關(guān)性狀的QTL分析

分別對?？h和許昌的單片段代換系群體花期3個性狀的表型值與受體親本許178的表型值進行方差分析，在P<0.01水平下，許昌點和?？h點共檢測到3個玉米花期性狀的47個QTL，其中散粉期檢測到14個QTL，吐絲期檢測到16個QTL，ASI檢測到17個QTL (表2).在浚縣和許昌點分別檢測到5個和10個與散粉期相關(guān)的QTL，其中只有qDTA2-2在2個環(huán)境中被重復(fù)檢出，該QTL位于玉米染色體2.04 bin，其在浚縣、許昌的加性效應(yīng)值為3.04和2.77，與該位點連鎖的分子標(biāo)記是bnlg1018-umc2079-umc1485.

表1 SSSLs群體玉米開花期相關(guān)性狀的表現(xiàn)

在檢測到的16個吐絲期相關(guān)QTL中，許昌點檢測到14個，而?？h點只檢測到4個，其中有2個QTL在2個環(huán)境中同時被檢測到，其加性效應(yīng)值為3.28～3.78.在2個試驗環(huán)境中重復(fù)檢出效應(yīng)較大且一致的玉米吐絲期QTL主要有2.04 bin的qDTS2-1(umc1541-umc1579)和qDTS2-3(umc2079).其中qDTS2-1在許昌點的加性效應(yīng)值為3.36，在?？h點的加性效應(yīng)值為3.28；而qDTS2-3在許昌點的加性效應(yīng)值為3.78，在?？h點的加性效應(yīng)值為3.71.

在檢測到的17個ASI QTL中，許昌點檢測到12個，浚縣點檢測到9個.有4個QTL在2個環(huán)境中同時被檢測到，其加性效應(yīng)值為0.63～1.38.在2個試驗環(huán)境中重復(fù)檢出、效應(yīng)較大且一致的ASI QTL主要有2.06 bin的qASI2-3(bnlg1396)，4.01 bin的qASI4-1(phi072)，4.11 bin的qASI4-3(mmc0081)和6.04 bin的qASI6-1(umc1105-umc1979-nc009).這4個QTL位點在浚縣點的加性效應(yīng)值均為0.63，而在許昌點，qASI2-3，qASI4-1，qASI6-1 3個位點的加性效應(yīng)值均為0.88，qASI4-3加性效應(yīng)為1.13.

由表2可以看出，在散粉期檢測到的14個QTL和吐絲期檢測到的16個QTL中，有9個散粉期和吐絲期的QTL位于相同的單片段代換系上，且有1個QTL在2個環(huán)境中同時檢測到，位于染色體2.04 bin.這說明散粉期和吐絲期在遺傳上可能是連鎖的，相關(guān)基因成簇地分布在特定的區(qū)段.

3 討論

利用單片段代換系進行QTL定位與初級定位群體相比，前者可有效減少遺傳背景的干擾，提高對復(fù)雜農(nóng)藝性狀基因定位的準(zhǔn)確性，同時降低效應(yīng)較大的QTL對效應(yīng)較小的QTL的遮蓋作用，減少Q(mào)TL之間的互作，能檢測出遺傳效應(yīng)較小的QTL，從而提高QTL鑒定的精確度和靈敏度，且試驗結(jié)果可望直接用于基因功能分析或聚合育種.比較前人的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同群體間定位的結(jié)果不盡相同[14,15]，重復(fù)檢測到的QTL也較少，表明玉米開花期性狀受環(huán)境因素的影響較大，也預(yù)示著控制玉米開花期性狀的遺傳基礎(chǔ)較為復(fù)雜.

數(shù)量性狀基因的表達受環(huán)境因素的影響較大，多年來科學(xué)家對利用分子標(biāo)記檢測到的QTL所提供的遺傳信息的可靠性一直存在爭議.盡管存在顯著的QTL與環(huán)境互作，但很多研究已經(jīng)證明可以在不同環(huán)境下檢測到那些穩(wěn)定表達的QTL.例如，STUBER等[16]對利用M 17×B 73群體檢測到6個與產(chǎn)量構(gòu)成因素有關(guān)的QTL，但發(fā)現(xiàn)QTL與環(huán)境之間的互作是不顯著的；VELDBOOM等[17]也發(fā)現(xiàn)，控制株高和開花期的QTL可以在不同的環(huán)境中同時檢測到，一致性可達50%.在本研究中，針對不同開花相關(guān)性狀，均檢測到在2種環(huán)境下相同的QTL.如在本試驗中對ASI這個性狀，在第6條染色體上的umc1105-umc1979-nc009區(qū)間2種環(huán)境都檢測到了QTL，說明此QTL在2個環(huán)境中的表達較為穩(wěn)定.該區(qū)段也是進一步定位ASI基因的重要區(qū)域.

表2 2個環(huán)境中檢出的玉米生育時期性狀的QTL

對利用SSSL群體在2個環(huán)境下檢測到的47個與開花期相關(guān)的QTL進行比較分析發(fā)現(xiàn)，在染色體相同區(qū)域的相同標(biāo)記區(qū)間內(nèi)，同時存在著影響不同性狀的QTL，即存在QTL的成簇分布現(xiàn)象，如本研究在染色體2.04,3.08和6.00同時存在控制散粉期、吐絲期、ASI的QTL.前人對玉米農(nóng)藝性狀的QTL分析表明,相關(guān)性狀的QTL常定位于相同染色體區(qū)域[18]，原因可能是來源于基因的一因多效或基因的緊密連鎖[19].對于QTL成簇現(xiàn)象，說明控制同一性狀的QTL可能不是隨機分布，而是在染色體上存在著控制某一特定性狀的QTL集中區(qū)域.基因成簇分布現(xiàn)象在作物中普遍存在，它是指相關(guān)性狀的QTL定位于同一染色體的相同或相近區(qū)間，其位置往往很接近.成簇分布QTL緊密連鎖的特性可能是造成這些性狀表型相關(guān)的遺傳原因.由于目前只能將QTL 定位在某個染色體區(qū)段上，該區(qū)段是否存在1個QTL或者是多個QTL效應(yīng)值的累加，需要進一步構(gòu)建亞片段代換系群體，通過不同亞片段代換系的效應(yīng)值分析，才能確定該目標(biāo)基因區(qū)段內(nèi)是否存在一因多效的基因，或者是多個目標(biāo)性狀候選基因的緊密連鎖.基因的成簇分布特性在遺傳改良中可以起到事半功倍的效果，達到不同性狀同步改良的目的，在育種實踐中具有重要意義.

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