劉忠祥 楊 梅 殷鵬程 周玉乾 何海軍 邱法展,*

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玉米株高主效QTL精細(xì)定位及遺傳效應(yīng)分析

劉忠祥1,**楊 梅2,**殷鵬程2周玉乾1何海軍1邱法展2,*

1甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所, 甘肅蘭州 730070;2華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北武漢 430070

株高是影響玉米產(chǎn)量的重要因子之一, 節(jié)間數(shù)目和節(jié)間長度是導(dǎo)致株高差異的主要因素。本研究發(fā)現(xiàn)2個高代回交重組自交系W1和W2株高差異顯著(<0.001), 二者穗上部和穗下部節(jié)間數(shù)目都相同, 細(xì)胞形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)節(jié)間細(xì)胞長度是引起二者株高差異的主要原因; 外源GA試驗(yàn)結(jié)果表明控制株高差異的QTL/基因是GA途徑之外的新基因。因此, 利用來源于W1和W2的F2及F2:3家系群體在2年3個環(huán)境中將控制株高的主效QTL共定位在第3染色體標(biāo)記C42-P17之間20 Mb范圍內(nèi), 最高可解釋22.22%的表型變異。進(jìn)一步利用目標(biāo)區(qū)段重組交換單株及自交后代家系將分解為2個主效QTL和; 隨后利用目標(biāo)區(qū)段的跨疊系將和分別精細(xì)定位在YH305-Y72 (2 Mb)及YH112-Y150 (1.6 Mb)之間。本研究的結(jié)果為玉米株高的遺傳改良提供了真實(shí)可靠的遺傳位點(diǎn), 也為后續(xù)株高QTL的克隆奠定了良好的工作基礎(chǔ)。

株高; 遺傳解析; 精細(xì)定位; 重組交換; 玉米

在玉米諸多株型構(gòu)成中, 莖稈高度(株高)和穗位高度(穗位高)尤為重要, 這兩個因素均與產(chǎn)量密切相關(guān), 因此解析玉米株高的遺傳基礎(chǔ), 對玉米株型育種乃至產(chǎn)量提高具有重要意義。在水稻、玉米、高粱、小麥等作物中, 株高主要是由節(jié)間數(shù)目和節(jié)間長度決定[1-2]。迄今為止, 很多研究表明玉米株高與穗上節(jié)間數(shù)目顯著相關(guān), 穗位高與穗下節(jié)間數(shù)目密切相關(guān), 穗上節(jié)間數(shù)受環(huán)境因素影響不大[3-7]。而節(jié)間長度的變化是影響株高的又一關(guān)鍵因素, 大量研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞數(shù)目和細(xì)胞大小是影響玉米節(jié)間長度的關(guān)鍵因子, 即節(jié)間細(xì)胞數(shù)增多或減少及節(jié)間細(xì)胞縱向長度都影響株高性狀[8-13]。

株高是數(shù)量性狀, 在玉米中, 通常一個群體內(nèi)就可同時檢測到多個株高QTL, 并且不同群體中檢測到的QTL也不相同[14]。迄今為止, 利用不同的遺傳群體在玉米中已定位了大量的株高主效QTL[4,14-27],但是圖位克隆的案例很少, 已報道克隆了跟GA 合成相關(guān)的基因、和[28-30]; 其他已克隆的近30個玉米矮生基因多是通過突變體克隆的方式獲得, 如基因通過轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽方式獲得,隱性基因可以顯著降低株高,突變體是通過減小節(jié)間長度來降低株高, 它的節(jié)間數(shù)目和葉片大小沒有變化[31]; 還有的通過GA敏感型突變體獲得株高相關(guān)基因, 在玉米中已經(jīng)鑒定了5個即()、()、()、()和()[32-33], 玉米基因的3個突變體和分別在DELLA區(qū)、VHYNP區(qū)以及同時在DELLA和VHYNP區(qū)發(fā)生氨基酸不等數(shù)目的缺失導(dǎo)致GA信號傳導(dǎo)受阻而產(chǎn)生矮稈半矮稈表型[34],與相似[35]。()突變體表現(xiàn)出株高降低的特征[36]。除了上述基因從激素方面調(diào)節(jié)株高外, 還存在一些其他類型的基因調(diào)控株高, 如玉米的矮稈突變體, 在基因()的編碼區(qū)插入一個堿基從而使翻譯提前終止, 表現(xiàn)出節(jié)間數(shù)目增加, 節(jié)間長度縮短[11]。

玉米株高與產(chǎn)量高度相關(guān), 適當(dāng)降低株高, 增加種植密度, 提高抗倒伏能力從而增加產(chǎn)量; 增加株高也可以增加玉米生物學(xué)產(chǎn)量, 提高玉米在生物能源和青貯飼料中的應(yīng)用價值。迄今為止, 圖位克隆的玉米株高QTL或基因很少, 因此利用特殊的材料進(jìn)一步尋找新的株高主效QTL并進(jìn)行遺傳剖析, 不僅有利于闡明玉米株高形成的遺傳基礎(chǔ), 也對玉米株高的遺傳改良及育種新材料的創(chuàng)制具有重要的應(yīng)用價值, 同時為克隆株高QTL奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。本研究利用構(gòu)建的分離群體, 共定位到5個與株高相關(guān)的主效QTL位點(diǎn),、、、和, 分別可以解釋3.30%~22.22%的表型變異。在此基礎(chǔ)上, 針對多年多環(huán)境共同檢測到且解釋表型變異最大的主效QTL進(jìn)一步利用剩余雜合系及目標(biāo)區(qū)段跨疊系開展重定位及精細(xì)定位工作, 為圖位克隆該QTL/基因奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2個株高差異顯著的高代回交重組自交系(BCRIL) W1(高)和W2(矮), 株高相差約20 cm (圖1)。定位所用F2群體及目標(biāo)區(qū)段跨疊系群體均由W1和W2雜交及自交構(gòu)建所得。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)初定位結(jié)果, 以W2為背景, 利用MAS方法回交獲得BC2F2, 并篩選重組單株。2015年于海南自交所有類型的重組單株, 構(gòu)建次級跨疊系, 自交后代于2016年分別種植于湖北武漢、湖北黃岡、山東濰坊3個環(huán)境, 每個環(huán)境3次重復(fù), 開放授粉, 種植方式及管理同上述F2群體相同。

1.2.2 外源GA處理W1和W2的時期及方法

2016年將W1和W2種植于網(wǎng)室, 在二葉一心期開始使用移液槍將100 μL GA溶液(濃度為100 μg mL–1)注入植株頂端, 一周處理2次, 選用空白對照, 各處理40株, 連續(xù)處理至抽雄散粉期。

1.2.3 節(jié)間細(xì)胞數(shù)目觀察 在W1和W2株高差異明顯的拔節(jié)期, 各選取穗上部第3節(jié)間為樣本, 使用雙刃剃須刀對所取材料沿著縱向快速切割, 制作徒手切片, 將削下的切片組織懸浮于水中, 選取薄的具有單層細(xì)胞的切片, 采用配置Olympus DP72照相機(jī)的Olympus 1X71熒光倒置顯微鏡(Olympus, Tokyo, Japan)觀察照相。觀察統(tǒng)計每個材料10張切片距表皮組織5~10層的細(xì)胞大小, 采用測驗(yàn)檢驗(yàn)2個材料間細(xì)胞大小的差異。

1.3 基因型鑒定、標(biāo)記開發(fā)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及QTL定位

用CTAB法抽提所有材料的DNA; 常規(guī)PCR擴(kuò)增程序分析基因型; 參考B73基因組序列, 根據(jù)InDel的側(cè)翼序列設(shè)計InDel標(biāo)記。參考B73序列, 利用在線工具Primer (http://122.205.95.20/cgibin/primer3 plus/primer3plus.cgi)設(shè)計SSR標(biāo)記, 在150~400 bp的擴(kuò)增序列范圍與玉米基因序列進(jìn)行Blast (http:// 122.205.95.20/blast/blast.html), 以確保所設(shè)計的引物擴(kuò)增的特異性。

用SPSS17.0軟件對各性狀進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析和方差分析; 用軟件MapMaker/EXP V3.0[37-38]構(gòu)建遺傳連鎖圖, 獲得各標(biāo)記間的遺傳距離。利用Windows QTL Cartographer 2.5軟件, 復(fù)合區(qū)間作圖法(CIM)確定QTL的閾值。

2 結(jié)果與分析

2.1 W1與W2農(nóng)藝性狀

2.1.1 W1與W2在多個環(huán)境中植株表型性狀

2015年和2016年在3個環(huán)境中各種植80株W1和W2開展株高表型調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)株高差異在不同環(huán)境中能穩(wěn)定遺傳。2015年湖北武漢W1株高為148.7±3.9 cm, W2為123.5±4.8 cm; 2016年湖北黃岡W1株高為140.3±3.4 cm, W2為129.1±4.0 cm; 2016年山東W1株高為162.8±3.9 cm, W2為136.4±4.0 cm。2年3點(diǎn)試驗(yàn)中株高差異都達(dá)到了極顯著水平(圖1)。

大尺寸化，例如55吋以上的彩電，400L以上的冰箱，8.1KG以上的洗衣機(jī)，19m3+超大風(fēng)量油煙機(jī)，13L+燃?xì)鉄崴鳎?00加侖以上大通量凈水器等產(chǎn)品越來越受市場歡迎。

圖1 RIL系W1和W2的株高比較

A: 親本W(wǎng)1和W2的株高表型; B: 親本在湖北武漢(15WH)、湖北黃岡(16HG)、山東濰坊(16SD)的株高表型差異分析。

A: The plant height (PH) between W1and W2; B: The difference analysis of W1and W2in Wuhan of Hubei (15WH), Huanggang of Hubei (16HG), and Weifang of Shandong (16SD), respectively.

2.1.2 W1與W2節(jié)間細(xì)胞學(xué)觀察 W1和W2節(jié)間數(shù)目相同, 穗上和穗下均為6個節(jié)間, 表明節(jié)間長度差異是引起2個材料株高差異的主要原因; 同時W1和W2節(jié)間長度的差異主要集中在穗上部節(jié)間(圖2); 因此選擇穗上第3節(jié)間作為取樣材料觀察節(jié)間細(xì)胞數(shù)目和大小, 結(jié)果W1的節(jié)間細(xì)胞長度顯著大于W2(<0.01), 表明細(xì)胞長度的增加導(dǎo)致W1的節(jié)間長于W2(圖3)。

2.1.3 W1和W2對外源GA響應(yīng)分析 玉米中已克隆的幾個株高相關(guān)基因都涉及到GA合成或信號傳導(dǎo)途徑。從二葉一心期開始使用100 μg mL–1外源GA處理W1與W2發(fā)現(xiàn)其株高顯著高于相應(yīng)的對照, 說明W1和W2對GA信號響應(yīng)的途徑均正常(圖4和表1)。

2.2 F2:3家系表型數(shù)據(jù)分析及株高QTL初定位

2.2.1 F2:3家系表型數(shù)據(jù)分析 不同環(huán)境條件下株高和穗位高有一定差異, 湖北黃岡環(huán)境株高的均值低于湖北武漢和山東濰坊2個環(huán)境的均值。2014HG和2014SD的群體株高變異系數(shù)無明顯差異, 穗位高變異系數(shù)差異較大, 株高的變異系數(shù)顯著小于穗位高(表2)。

在2014HG和2014SD環(huán)境中, 家系間株高和穗位高差異達(dá)極顯著水平, 表明家系間存在顯著的遺傳變異, 適宜進(jìn)行QTL定位。株高和穗位高在2個環(huán)境中的廣義遺傳力較高, 均在0.80以上, 表明這2個性狀主要受遺傳因素影響(表3)。

圖2 W1和W2的節(jié)間長度比較

*、**、***分別表示在<0.05, 0.01, 0.001概率水平下差異極顯著, 誤差線代表SD,W1=30,W2=49。穗上節(jié)間用1、2、3、4、5、6表示, 穗下節(jié)間用–1、–2、–3、–4、–5、–6表示, 雄穗用T表示。

*, **, *** indicate significant difference at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively. Error bars represent the SD of the mean (W1=30,W2=49). The internodes above the ear are labeled as 1, 2, 3, 4, 5, and 6. The internodes below the ear are labeled as –1, –2, –3, –4, –5, and –6. The tassel is labeled as T.

圖3 節(jié)間細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察

A和B分別是W1和W2的徒手切片(比例尺: 500 μm); C為W1和W2節(jié)間細(xì)胞長度比較。

A and B are hand-cut longitudinal section of W1and W2(scale bar: 500 μm); C: the length of internode cells in W1and W2.

2.2.2 株高QTL定位 從1052對SSR標(biāo)記中共篩選到86對標(biāo)記在雙親W1和W2間具有多態(tài)性, 集中在第3、第4、第5和第9共4條染色體上, 多態(tài)性比例分別為20.37% (22/108)、16.82% (18/107)、14.81% (16/108)和13.08% (14/107), 說明導(dǎo)致W1和W2株高差異的重組片段可能位于這4條染色體上。利用F2群體及F2:3家系株高數(shù)據(jù)分別在2013WH、2014HG、2014SD 3個環(huán)境條件下開展株高QTL定位, 均在第3染色體上掃描到1個主效QTL (標(biāo)記C42-P17間), 可解釋8.47%~22.22%的表型變異, 來自W1的等位基因起增效作用, 表現(xiàn)為加性和部分顯性效應(yīng), 命名為(表4)。

表1 外源GA處理株高結(jié)果

圖4 外源GA處理對W1和W2株高的效應(yīng)

A和B分別為W1的處理與對照; C和D分別為W2的處理與對照。

A and B are the treatment and control of W1, respectively; C and D are the treatment and control of W2, respectively.

表2 F2:3群體株高及穗位高的表型統(tǒng)計

PH: 株高; EH: 穗位高; 2013WH: 2013年湖北武漢; 2014HG: 2014年湖北黃岡; 2014SD: 2014年山東濰坊; ns表示無顯著差異。

PH: plant height; EH: ear height; 2013WH, 2014HG, and 2014SD mean three environments of 2013 Wuhan of Hubei, 2014 Huanggang of Hubei, and 2014 Weifang of Shandong, respectively; ns means no significant difference; CV: coefficient of variation.

表3 F2:3家系株高和穗位高遺傳力分析

*、**和***表示在0.05、0.01、0.001概率水平下顯著差異。PH: 株高; EH: 穗位高; 2014HG: 2014年湖北黃岡; 2014SD: 2014年山東濰坊。

*,**,***: significant at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively. PH: plant height; EH: ear height; 2014HG and 2014SD mean two environments of 2014 Huanggang of Hubei and 2014 Weifang of Shandong, respectively; ns means no significant difference.

表4 3個環(huán)境下定位到的控制玉米株高(PH, cm)的主效QTL (qPH3.2)

PVE表示QTL所能解釋的表型變異; 株高主效QTL命名為; 2013WH、2014HG和2014SD分別為2013年在湖北武漢、2014年在湖北黃岡和山東濰坊3個種植環(huán)境; A為加性效應(yīng); D為顯性效應(yīng); G為基因作用方式。

PVE indicates the percentage of phenotypic variance. The plant height major QTL was named as; 2013WH, 2014HG, and 2014SD mean three environments of 2013 Wuhan of Hubei, 2014 Huanggang of Hubei, and 2014 Weifang of Shandong, respectively; A: additive effect; D: dominant effect; G: gene action.

2.3 qPH3.2的遺傳剖析及精細(xì)定位

2.3.1的遺傳剖析 主效QTL被定位在標(biāo)記C42-P17間, 在BC2F1群體中利用區(qū)間標(biāo)記尋找到2個剩余雜合單株(RHL、Y36和Y113)并自交, 它覆蓋了的整個區(qū)間; 利用開發(fā)的多態(tài)性標(biāo)記與已有標(biāo)記對2個剩余雜合系Y36和Y113自交后代進(jìn)行單標(biāo)記分析, 發(fā)現(xiàn)在標(biāo)記Y91和YH-55間, 存在一個斷點(diǎn)即在標(biāo)記YH230處存在斷點(diǎn), 均為背景片段; 而且Y36家系和Y113家系單標(biāo)記分析差異均達(dá)到顯著水平(表5和表6), 證實(shí)了定位結(jié)果的真實(shí)性; 進(jìn)而根據(jù)單標(biāo)記分析的結(jié)果將QTL分解為2個主效QTL分別命名為和(圖5-A和圖6-A)。

2.3.2和的精細(xì)定位 為了進(jìn)一步證實(shí)剩余雜合系Y36的分析結(jié)果, 2016年在湖北黃岡、山東濰坊播種標(biāo)記C42-Y91間呈階梯覆蓋的3種重組類型N1、N2和N3其自交后代中攜帶目標(biāo)QTL區(qū)段的純系定義為純系A(chǔ), 反之則定義為純系B, 其余為雜合交換單株。表型數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn), N3的子代純系株高均值比N1和N2子代純系株高均值高, 湖北黃岡環(huán)境中, N3比N1均值高約11.6 cm, 比N2子代株高平均值高約5.1 cm; 在山東環(huán)境中, N3子代純系平均值比N1子代純系高17.6 cm, 比N2高12.5 cm?？梢酝茰y重組類型N3攜帶影響株高的導(dǎo)入片段。

表5 RHL (Y36)的單標(biāo)記分析

AA表示攜帶位點(diǎn)的等位基因; aa是以W2為背景的等位基因。

AA means the allele derived from; aa indicates the allele derived from genetic background W2.

表6 RHL (Y113)的單標(biāo)記分析

AA表示攜帶位點(diǎn)的等位基因; aa表示以W2為背景的等位基因。

AA means the allele derived from; aa indicates the allele derived from genetic background W2.

對3種重組類型子代純系進(jìn)行測驗(yàn)進(jìn)一步證明了2015年海南Y36衍生的剩余雜合系的分析結(jié)果(圖5-B)。N1和N2子代純系內(nèi)作測驗(yàn)分析表明N1和N2子代中2種純系的株高均值均無明顯差異。N3的子代純系之間差異極顯著(湖北黃岡:= 4E–21、山東濰坊:= 1E–28), 結(jié)合基因型及表型分析發(fā)現(xiàn)攜帶的純系株高均值顯著高于不攜帶的純系株高均值。綜合分析上述結(jié)果, 可將定位在標(biāo)記Y45-Y72之間, 遺傳距離為7.9 cM, 且該位點(diǎn)的加性效應(yīng)值為5.0, 起增效作用; 進(jìn)一步在目標(biāo)區(qū)段內(nèi)開發(fā)標(biāo)記, 并新增多態(tài)性標(biāo)記YH305和YH309, 重新篩選到5種類型的跨疊系, 編號分別為hf1366、hf1397、hf1465、Y174和Y26。利用這5種跨疊類型子代測驗(yàn)將定位在標(biāo)記YH305-Y72間2 Mb范圍內(nèi)(圖5-C)。

利用同樣的方法, 借助目標(biāo)區(qū)段篩選的4個重組類型(hf413、hf432、hf1054和hf1164)構(gòu)建的跨疊系結(jié)合新開發(fā)的標(biāo)記, 將其定位在標(biāo)記YH112與Y150間1.6 Mb范圍內(nèi)(圖6-B和圖6-C);位點(diǎn)的加性效應(yīng)值為1.3, 同樣對株高起增效作用。

3 討論

本試驗(yàn)所用材料W1和W2為高代回交重組自交系, 由多態(tài)性標(biāo)記分析結(jié)果可知, 二者株高的差異是由少數(shù)重組片段導(dǎo)致的, 這樣就為我們開展株高QTL定位提供了優(yōu)良的材料。另外, 篩選的RHL相當(dāng)于NIL形成的F1, 對于同一個QTL, 同一個株系它們的背景完全一致, 株系之間存在著一定的差異; 因此, 本實(shí)驗(yàn)中針對遺傳剖析出的2個QTL和構(gòu)建的RHL, 在作單標(biāo)記分析或測驗(yàn)時, 采取的是系內(nèi)比較方法, 保證了定位的準(zhǔn)確性; 另外, 同一染色體或不同染色體間QTL可以利用剩余雜合系分析不同QTL之間的相互作用。本試驗(yàn)精細(xì)定位的2個QTL對株高表型的調(diào)控起增效作用, 后期可以開展兩位點(diǎn)互作研究。

圖5 qPH3.2.1的精細(xì)定位

A: 紅色區(qū)域?yàn)槌醵ㄎ粎^(qū)間, 綠色和藍(lán)色分別是和重定位區(qū)間; B:利用3個跨疊系N1、N2和N3定位; C:精細(xì)定位結(jié)果; N代表評估表型的單株數(shù)目。AA表示攜帶位點(diǎn)的等位基因; aa是以W2為背景的等位基因。

A: the pre-mapping result oflocated onred bar, green and blue bars indicate the remapping results ofand, respectively; B: the mapping results ofusingN1, N2, and N3 three overlapping lines; C: the fine mapping results of. N indicates the number of the evaluated individuals in each line. AA means the allele derived from; aa indicates the allele derived from genetic background W2.

株高是產(chǎn)量性狀的重要構(gòu)成因子, 產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL的穩(wěn)定性主要受遺傳背景、遺傳力和環(huán)境三方面的影響。環(huán)境與QTL的互作對數(shù)量性狀的研究具有重要影響。對同一位點(diǎn)的主效QTL在不同環(huán)境下進(jìn)行分析, 可以闡述QTL與環(huán)境的互作關(guān)系, 但是對于微效QTL, 在不同的環(huán)境中可能檢出的效率不同。本研究的材料是利用純系做子代驗(yàn)證, 在山東濰坊和湖北黃岡的純系分析結(jié)果發(fā)現(xiàn), 相同材料在不同環(huán)境中表型不一致, 在湖北黃岡的株高表型均值比山東對應(yīng)的純系株高均值低, 但是攜帶QTL位點(diǎn)的純系和背景測驗(yàn)都達(dá)到顯著水平, 證明QTL和雖在不同環(huán)境受到不同程度的影響, 但卻能穩(wěn)定遺傳; 另外, 本試驗(yàn)所用材料在不同環(huán)境中受到了不同程度的影響, 但株高的遺傳力在不同環(huán)境中都很高, 在海南、湖北武漢、山東濰坊、湖北黃岡都能穩(wěn)定地定位到和, 證明這2個QTL能夠在不同環(huán)境中穩(wěn)定遺傳, 真實(shí)存在, 即環(huán)境穩(wěn)定性QTL, 此種類型的位點(diǎn)將為玉米株高的遺傳改良提供重要的QTL或篩選標(biāo)記[39]。

株高差異影響因素主要是節(jié)間數(shù)目和節(jié)間長度,節(jié)間數(shù)目又分為穗上節(jié)間數(shù)目和穗下節(jié)間數(shù)目, 其中節(jié)間長度又分為穗上和穗下, 主要是穗上節(jié)間的差異。穗上節(jié)間數(shù)是一個穩(wěn)定的植物學(xué)性狀, 表現(xiàn)加性效應(yīng)遺傳, 受環(huán)境影響較小, 因此穗上節(jié)間數(shù)目既是提升株高的重要元素也是研究玉米抗倒伏能力的一個理想性狀[1,4-7]。很多研究表明可以通過增加節(jié)間細(xì)胞數(shù)來增加節(jié)間長度, 如水稻中、和3個基因及玉米中突變基因等都是通過增加縱向細(xì)胞數(shù)目來增加植株節(jié)間長度[8-9,11]; 另外, 增加縱向節(jié)間細(xì)胞長度也會增加節(jié)間長度, 如水稻突變基因和玉米基因均是通過調(diào)控細(xì)胞體積來影響節(jié)間長度的[12-13]; 本研究中W1和W2之間穗上和穗下節(jié)間數(shù)目相同, 而穗上節(jié)間長度差異是引起株高變化的主要原因。通過節(jié)間細(xì)胞形態(tài)觀察分析, 推測引起節(jié)間長度差異的原因可能是細(xì)胞縱向長度的改變。因此, 后期工作中, 可以結(jié)合上述結(jié)果或結(jié)論有針對性地篩選關(guān)鍵候選基因, 開展功能研究。

圖6 qPH3.2.2的精細(xì)定位

A: 紅色區(qū)域?yàn)槌醵ㄎ粎^(qū)間, 綠色和藍(lán)色分別是和重定位區(qū)間; B: 利用2個跨疊系N4和N5定位; C:精細(xì)定位結(jié)果。N代表評估表型的單株數(shù)目。AA表示攜帶位點(diǎn)的等位基因; aa是以W2為背景的等位基因。

A: the pre-mapping result oflocated onred bar, green and blue bars indicate the remapping results ofand, respectively; B: the mapping results ofusingN4 and N5 overlapping lines; C: the fine mapping results of; N indicates the number of the evaluated individuals in each line. AA means the allele derived from; aa indicates the allele derived from genetic background W2.

4 結(jié)論

精細(xì)定位了2個控制玉米株高的主效QTL和。這2個QTL真實(shí)可靠, 且貢獻(xiàn)率高, 后期將更容易進(jìn)行精細(xì)定位和圖位克隆, 也將為玉米株高性狀的遺傳改良提供重要的基礎(chǔ)材料和選擇位點(diǎn)。

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Fine Mapping and Genetic Effect Analysis of a Major QTLAssociated with Plant Height in Maize (L.)

LIU Zhong-Xiang1,**, YANG Mei2,**, YIN Peng-Cheng2, ZHOU Yu-Qian1, HE Hai-Jun1, and QIU Fa-Zhan2,*

1Crops Research Institute, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, Gansu, China;2National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, Hubei, China

Plant height is one of the most important factors affecting maize yield, which is determined by the number and the length of internode in maize. In this research, two advanced-backcross recombinant inbred lines (W1and W2) with significant difference in plant height were used. They have the same number of internodes. We found that the different cell lengths of the internode in upper spike were the main reason causing the difference in plant height. The results of exogenous GA test showed that the QTL/genes controlling plant height were not included in GA pathway. The F2and F2:3populations derived from W1and W2were used to map the QTLs associated with plant height, showing that one major namedwas commonly identified under three different environments in two years which was located on chromosome 3 between markers C42 and P17 with 20 Mb and could explain 22.22% of phenotypic variation. On the basis of the primary mapping results, QTLwas divided into two major QTLsandvia recombinant exchange individuals and its self-cross progeny. Furthermore, we did the fine mapping work forandusing substitution lines. Thewas fine-mapped to the region of about 2 Mb between markers YH305 and Y72, andwas fine-mapped to the region of about 1.6 Mb between markers YH112 and Y150, which all showed the positive additive effects. The results of this research provide reliable genetic loci for the genetic improvement of plant height in maize, and a good foundation for cloning QTLs for plant height in the future.

plant height; genetic analysis; fine mapping; recombinant exchange;L.

2018-01-08;

2018-04-11;

2018-05-14.

10.3724/SP.J.1006.2018.01357

邱法展, E-mail: qiufazhan@mail.hzau.edu.cn**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

劉忠祥, E-mail: lzhxiang@sina.com; 楊梅, E-mail: 1186322965@qq.com

本研究由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31760390)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31760390).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180508.1526.004.html