鄭克志 李元 瞿會 閏偉 張曠野 宋茂興 呂香玲 李鳳?!∈氛衤?/p>
摘要:利用以玉米自交系T319與9406為親本構(gòu)建的242個重組自交系(F8),對玉米株高和穗位高進行QTL(數(shù)量性狀基因座位)分析,在第1、2、3、5、7、10染色體定位到6個株高QTL,位于umc2228與bnlg2295、bnlgl609與bn—lgl350、bnlg210與umcl045,可解釋表型變異率12.13%、13.00%、111.58%,為株高主效QTL;在第1、10染色體上檢測到2個穗位高主效QTL,位于umc2228-bnlg2295、bnlg210與umcl045,可解釋表型變異率10.73%、16.92%。位于umc2228-bnlg2295、bnlg210-umcl045的區(qū)域為株高和穗位高的一致主效QTL區(qū)間,這些位點的標記可進行株高和穗位高的株型改良分子標記輔助選擇。
關(guān)鍵詞:玉米;重組自交系;株高;穗位高;數(shù)量性狀基因座位(QTL)
中圖分類號:S513.03 文獻標志碼:A 文章編號:1002-1302(2015)05-0061-02
玉米株高和穗位高是玉米的主要農(nóng)藝性狀,自1968年Donald提出了作物理想株型的概念之后,玉米的株高和穗位高更是玉米理想株型的重要指標,株高和穗位高嚴重影響著玉米產(chǎn)量、抗倒伏性和生態(tài)適應性等。研究表明,增加種植密度遠比增加單株產(chǎn)量對玉米產(chǎn)量貢獻大。然而,株高和蕙位高太高造成種植密度下降,不抗倒伏,收獲質(zhì)量降低;過矮則會影響整個群體生長結(jié)構(gòu),易感病蟲害,同化作用低下,最終影響生物產(chǎn)量。因此,只有尋求二者的適當?shù)慕M合,以得到株高穗位高合適的理想株型,才能獲得高產(chǎn)品種。隨著分子標記技術(shù)的發(fā)展,有關(guān)株高、穗位高的QTL國內(nèi)外已有很多研究報道,截至2015年1月,MaizeGDB網(wǎng)站(http//1N-DYW.maizegdb.or/)已經(jīng)收錄了314個株高QTL和43個穗位高QTL,這些QTL位點分布在基因組的10條染色體上。目前已經(jīng)有對株高主效基因克隆成功的,騰峰等對第3染色體的株高主效QTL進行了克隆及功能驗證;Winkler等對與株高相關(guān)的基因Dwaf3(D3)進行了克??;Bensen等克隆了株高相關(guān)的Anther earl(Anl)基因。本試驗以玉米自交系F319和自交系9406為親本組建的RILs為試材,進行玉米株高和穗位高的QTL定位,以期挖掘株高、穗位高的主效QTC對株型改良提供一定的理論基礎(chǔ)。
1.材料與方法
1.1供試材料與試驗設(shè)計
供試材料為玉米自交系T319和9406及其采用單籽粒傳法構(gòu)建的242個重組自交系(RILs)。玉米自交系T319為78599雜交種后代選系齊319的改良系。
試驗于2014年在沈陽農(nóng)業(yè)大學南試驗基地進行,采取隨機區(qū)組試驗設(shè)計,2次重復,單行區(qū),行長4m,行距60cm,每行17穴。
1.2田間表型測定
抽雄吐絲期用卷尺測定242個家系及親本的株高和穗位高,每行測定5株,其對應葉片平均值作為該家系株高和穗位高的測定值,進行QTL分析。
1.3DNA提取與SSR標記分析
采用CTAB法提取RIL群體及親本的DNA,方法略作修改。SSR引物根據(jù)MaizeGDB數(shù)據(jù)庫均勻選取,由北京三博遠志公司合成。PCR反應體系:每10uL體系含ddH2O6.18uL,10×buffer(含20 mmol/L Mg2+)1uL,dNTP(25mmol/L each)0.1uL,Taq酶(5U/L)0.1uL,DNA(10ng/uL)2.5uL,弓l物(20mol/uL each)0.12uL。PCR擴增程序:95℃預變性5min;94℃變性45 s,58℃退火45s,72℃延伸1min;最后延伸10min;4℃保存。擴增產(chǎn)物用4.5%變性聚丙烯酰胺檢測,并通過銀染記錄帶型,拍照保存。根據(jù)電泳譜帶結(jié)果,將與親本T319相同的帶型記為1,與親本9406相同的帶型記為2,雜合帶型記為0,缺失或模糊記為“一”。
1.4數(shù)據(jù)處理
利用Excel 2013和SPSS 20.0對RIL群體242個家系的株高和穗位高測定值進行基本統(tǒng)計參數(shù)分析、正態(tài)分布檢驗及遺傳模型分析。利用QTC IciMapping 4.0進行連鎖圖譜構(gòu)建和QTL定位。LOD值選擇3,作為連鎖分析和QTL評價的閾值。
2.結(jié)果與分析
2.1田間表型測定結(jié)果統(tǒng)計分析
利用Excel 2013對親本進行t檢驗,結(jié)果表明,親本之間株高、穗位高差異均達到了極顯著水平。利用SPSS 20.0對RIL群體242個家系株高和穗位高性狀測定值進行正態(tài)分布檢驗,結(jié)果(表1)表明,抹高、穗位高的偏度和峰度絕對值均小于1,2個性狀變異幅度和變異系數(shù)均較大,符合數(shù)量性狀遺傳正態(tài)分布的基本特點,因此玉米株高、穗位高性狀值適于進行QTC作圖分析。
2.2株高和穗位高的相關(guān)性分析
利用SPSS 20.0對RIL群體242個家系抹高和穗位高性狀測定值進行相關(guān)性檢驗,結(jié)果表明,株高和穗位高相關(guān)系數(shù)為0.756,呈極顯著正相關(guān),這說明株高和穗位高可能在遺傳上具有相似性,具有相同的代謝途徑和基因控制。
2.3群體分子標記基因型分析及連鎖圖譜構(gòu)建
利用均勻分布于玉米基因組的600對SSR引物對T319和9406進行親本多態(tài)性篩選,獲得150對在兩親本間具有多態(tài)性的引物,多態(tài)率為25%。利用150對親本間存在多態(tài)性的引物檢測300個RILs的標記基因型(圖1),利用QTLIciMapping 4.0軟件進行遺傳連鎖圖譜繪制。利用QTLIciMapping 4.0軟件構(gòu)建了含有134個連鎖標記的圖譜,第l~10染色體上分別有36、10、11、7、14、8、16、14、10、8個SSR標記,覆蓋全基因組2 382.84 cM,平均距離為17.78cM,可以滿足QTL定位要求。
2.4株高、穗位高的QTL定位分析
利用QTL IciMapping 4.0定位軟件(LOD≥3)對玉米株高、穗位高性狀進行QTL定位(表2),共檢測到6個玉米株高QTL,分別為qPH-l-l、qPH-2-l、qPH-3-l、qPH-5-1、qPH-7-1、qPH-10-l,兩側(cè)標記分別為umc2228與bnlg295、umcl536與bnlgl940、bnlgl601與bnlgl350、umcl429與umc2611、bnlgl380與dupssr9、bnlg210與umcl045,位于第1、2、3、5、7、10染色體上,貢獻率為5.65%~13.00%,其中位于第1染色體1.04的qPH-1-1、位于第3染色體bins 3.05~3.06的qPH-3-1與位于第10染色體bins 10.03~10.04的qPH-10-1貢獻率分別達到了12.13%、13.00%和11.58%,為控制玉米株高的主效QTL。
玉米穗位高檢測到2個QTL,分別為qEH-1-1、qEH-10-1,兩側(cè)標記分別是umc2228與bnlg295、bnlg10與umcl04,位于第1、10染色體上的binsl.04和bins 10.03~10.04,貢獻率分別為10.73%和16.92%,qEH-1-1、qEH-10-1為控制玉米穗位高的主效QTL。
3.結(jié)果與討論
本研究在第1、2、3、5、7、10染色體上發(fā)現(xiàn)6個控制玉米株高的QTL,位于binsl.04的qPH-1-1、bins 3.05-3.06的qPH-3-1和bins 10.03~10.04的qPH-10-1是主效QTL,與張巖等在bins 3.04與bins 10.03發(fā)現(xiàn)株高主效QTU、王翠玲等研究發(fā)現(xiàn)的bins3.05和bins 10.03~10.04株高主效QTL 、蘭進好等在binsl.02發(fā)現(xiàn)的株高主效位點、楊曉軍等在bins 1.05發(fā)現(xiàn)的主效QTL[11]、許誠等在binsl.03與bins 10.04發(fā)現(xiàn)的株高QTL位點、李清超等研究發(fā)現(xiàn)binsl.01~1.02與bins3.05處富集株高QTU一致或基本接近,qPH-3-1與騰峰等克隆的bins 3.03基因位點相近。當然,本研究發(fā)現(xiàn)的非主效QTL與前人的研究都有吻合之處,如楊曉軍等在bins5.05~5.07發(fā)現(xiàn)了株高主效QTL,本研究在bins 5.03發(fā)現(xiàn)非主效14qph5—1,鄭德波等基于SNP標記在第1、2、3、5、7染色體也發(fā)現(xiàn)了株高QTL。
本研究發(fā)現(xiàn)binsl.04和bins 10.03~10.04存在2個穗位高QTL,而且都是主效位點。與蘭進好等在bins 10.03、等在binsl.03、李清超等研究發(fā)現(xiàn)binsl.01~1.02處富集穗位高QTU、張巖在bins 10.03發(fā)現(xiàn)穗位QTU、許誠等在binsl.02發(fā)現(xiàn)穗位高QTL、鄭德波等基于SNP標記在第1染色體發(fā)現(xiàn)穗位QTU一致或基本接近。在前人研究中第1染色體存在主效穗位高QTL,并未發(fā)現(xiàn)在第10染色體上存在主效QTL,因此本研究中qEH-10-1屬于新發(fā)現(xiàn)的穗位高主效QTL。
在本研究中發(fā)現(xiàn)存在同時控制株高和穗位高的主效QTL,位于umc2228-bnlg295的qPH-1-l和qEH-1-1、位于bnlg210-umcl045的qPH-10-1和qEH-10-1,該區(qū)間為株高和穗位高的一致QTL區(qū)間,說明株高和穗位高具有很高遺傳相關(guān)性,這些位點標記可進行株高和穗位高的株型改良分子標記輔助選擇。
為了進行株高和穗位高一致性主效QTL的精細定位,還需要進一步構(gòu)建新的回交群體創(chuàng)造單一性狀的近等基因系,為基因的克隆和功能驗證提供基礎(chǔ),最終應用到種質(zhì)資源的改良中去。