賈波，崔敏，印志同，嚴(yán)衛(wèi)古，謝慶春*

(1.江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 淮安 223001； 2.揚州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江蘇 揚州 225009;3.江蘇省區(qū)域現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與環(huán)境保護協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 淮安 223300)

玉米是世界上重要的飼料作物和糧食作物，在國民經(jīng)濟中呈現(xiàn)愈來愈重要的價值。為了進一步實現(xiàn)玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的目標(biāo)，科研人員在育種、栽培、生理生化等多個領(lǐng)域開展了深入的研究。玉米具有強大的雄花序，擁有遠(yuǎn)超過正常授粉所需要的花粉量，造成了光合產(chǎn)物的巨大浪費，對玉米雄穗的效應(yīng)研究具有重要意義[1-2]。玉米雄穗是形態(tài)學(xué)上品種鑒別和評價的重要依據(jù)，其由主軸、分枝、小穗和小花組成。雄穗位于植株頂端，具有頂端優(yōu)勢，其先于雌穗發(fā)育，營養(yǎng)供應(yīng)上優(yōu)于雌穗，雌雄穗間發(fā)育存在競爭[3]。因此，合理的雄穗結(jié)構(gòu)對于協(xié)調(diào)雌雄穗發(fā)育，增加籽粒產(chǎn)量具有重要的意義。美國先鋒公司玉米雜交種雄穗大小從1967—1991年降低了36%。但是從玉米種質(zhì)資源保存及雜交制種角度考慮，又需要雄穗具有足夠的小穗數(shù)和花粉量[4]。因此，剖析玉米雄穗主要性狀的遺傳結(jié)構(gòu)，對保持親本材料優(yōu)良雄穗性狀、促進玉米生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

鑒于雄穗在玉米生產(chǎn)及品種鑒別等方面的重要作用，研究人員對其遺傳特性進行了大量的研究。Mickelson等[5]檢測到6個雄穗分枝數(shù)相關(guān)的QTL，其中位于第2染色體umc53a附近的QTL，貢獻(xiàn)率達(dá)19.2%；3個與雄穗分枝角度相關(guān)的QTL，可解釋表型變異的35.6%。Upadyayula等[6]研究發(fā)現(xiàn)2個雄穗分枝數(shù)和4個雄穗重相關(guān)的QTL。高世斌等[7]在正常環(huán)境和脅迫環(huán)境下穩(wěn)定檢測到，2個雄穗分枝數(shù)相關(guān)的QTL，分別位于第5和7號染色體上；1個雄穗主軸長相關(guān)的QTL，位于第2號染色體上。楊釗釗等[8]檢測到15個在多環(huán)境下(5個環(huán)境以上)穩(wěn)定表達(dá)的雄穗相關(guān)性狀主效QTL。王迪等[9]在6個環(huán)境下2個群體中共檢測到51個與雄穗分枝數(shù)和雄穗重相關(guān)的QTL，其中包括7個主效QTL。

目前為止，大部分研究者所構(gòu)建的連鎖圖譜平均長10～20 cm，標(biāo)記密度太低，已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前遺傳連鎖圖譜構(gòu)建和QTL定位的需求。本試驗應(yīng)用SSR標(biāo)記結(jié)合SNP標(biāo)記構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜，對玉米雄穗分枝數(shù)、雄穗長、雄穗重等雄穗主要性狀進行QTL定位，為下一步目標(biāo)性狀主效QTL精細(xì)定位提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用RA×M5P經(jīng)10代自交構(gòu)建而成的包含205個家系的RIL群體。

1.2 表型數(shù)據(jù)調(diào)查

2014年底及2015年夏，將RA×M5P 的RIL群體親本及205個家系分別種植于海南省三亞市藤橋鎮(zhèn)江蘇省南繁中心玉米試驗田、江蘇省淮安市江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗田。采用行長4 m、行距0.6 m、每行16株的隨機區(qū)組試驗設(shè)計，2次重復(fù)。在散粉后10 d調(diào)查雄穗長和雄穗分枝數(shù)，從每行的第6株起，連續(xù)調(diào)查5株。取下這5株的雄穗，曬干后稱取雄穗重。

1.3 遺傳連鎖圖譜構(gòu)建

分子標(biāo)記遺傳圖譜共擬合916個標(biāo)記，其中732個SNP標(biāo)記，184個SSR標(biāo)記，覆蓋玉米10條連鎖群，遺傳圖譜全長1 367 cM，標(biāo)記間平均距離為1.5 cM。其中第8號連鎖群上的標(biāo)記數(shù)最多，有142個標(biāo)記，第10號連鎖群的標(biāo)記數(shù)最少，為41個標(biāo)記。標(biāo)記間的平均距離最大的是第10號染色體，距離為3.3 cM，標(biāo)記間平均間距離最小的是第4號染色體，距離為0.8 cM。

1.4 表型數(shù)據(jù)分析及QTL作圖

目標(biāo)性狀表型數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 16.0進行分析處理。應(yīng)用frequences分析功能，得到頻數(shù)分布情況；使用ANOVA進行方差分析，得到方差顯著情況，并根據(jù)ANOVA的分析結(jié)果估算廣義遺傳力。在WinQTL Cartographer 中運用復(fù)合區(qū)間作圖法(CIM)，分析檢測RIL群體雄穗主要性狀的QTL數(shù)目，位置及效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型數(shù)據(jù)分析

表1對RIL群體在2014年海南、2015年淮安2種環(huán)境條件下雄穗長(TL)、雄穗分枝數(shù)(TBN)、雄穗重(TW)等雄穗性狀的表型數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析。從表中可以看出，親本RA及M5P在雄穗主要性狀上差異較大。方差分析結(jié)果表明，RIL群體各雄穗性狀的遺傳方差以及基因型與環(huán)境的互作基本上均達(dá)到極顯著水平，表明雄穗主要性狀的差異主要是由本身的遺傳因素決定的。圖1所示為2014年海南、2015年淮安2個環(huán)境條件下，RIL群體雄穗主要性狀的次數(shù)分布圖。圖中對角線顯示各性狀的次數(shù)分布，對角線上的值表示性狀間的相關(guān)系數(shù)，對角線下方表示各性狀的散點圖。次數(shù)分布圖顯示，RIL群體的雄穗長、雄穗分枝數(shù)及雄穗重在群體內(nèi)分布比較廣泛，頻數(shù)分布近似符合正態(tài)分布，可以用于QTL定位分析。通過相關(guān)性檢驗分析可以看出，雄穗分枝數(shù)和雄穗重在不同的環(huán)境中均存在顯著相關(guān)，雄穗長與雄穗分枝數(shù)在2個環(huán)境中相關(guān)性均不顯著，雄穗長與雄穗重之間相關(guān)性在2個環(huán)境中存在差異。

表1 玉米雄穗主要性狀的描述性分析，方差分析和遺傳力分析

注：**代表P<0.01水平下差異顯著。

2.2 QTL定位分析

在2014年海南、2015年淮安2個環(huán)境條件下，分析檢測RIL群體玉米雄穗主要性狀的QTL數(shù)目，位置及效應(yīng)(表2)。共檢測到3個與TL性狀連鎖的QTL位點，分別位于第3、5、8號染色體上，可解釋表型變異的5.19%～5.97%；共檢測到5個與TBN性狀連鎖的QTL位點，分別位于第1、2、3、9號染色體上，可解釋表型變異的3.66%～8.41%；共檢測到3個與TW性狀連鎖的QTL位點，分別位于第4、8號染色體上，可解釋表型變異的4.39%～13.65%。

***,代表P<0.001水平下差異顯著; **,代表P<0.01水平下差異顯著; *,代表P<0.05水平下差異顯著圖1 不同環(huán)境條件下RIL群體雄穗主要性狀的次數(shù)分布

性狀環(huán)境Bin值左標(biāo)記右標(biāo)記LOD貢獻(xiàn)率/%加性效應(yīng)TL2015淮安3.09PZE-103183391umc16392.192 75.970 7-0.944 92015淮安5.05PZE-105129248SYN145222.616 35.187 50.878 22015淮安8.04PZE-108056460PZE-1080575282.003 15.190 80.935 2TBN2014海南1.04SYN20147PZE-1010865243.636 98.405 3-0.936 62015淮安1.04SYN20147PZE-1010865243.209 25.949 8-0.880 42015淮安1.05～1.11PZE-101252431PZE-1011055152.021 63.659 40.699 22015淮安2.09PZE-102189664SYN330052.243 03.876 0-0.728 62015淮安3.06PZE-103112971SYN232372.102 46.865 8-1.065 62014海南9.03umc2338PZE-1090490792.913 36.776 4-0.840 22015淮安9.03umc2338PZE-1090490793.231 86.025 9-0.885 0TW2014海南4.04～4.06PZE-104080388PZE-1040226082.725 84.393 70.386 22015淮安4.04～4.06PZE-104080388PZE-1040226082.945 25.583 40.393 82014海南4.08PZE-104103747PZE-1040338959.465 311.890 6-0.635 42015淮安4.08PZE-104103747PZE-1040338959.363 013.652 5-0.616 12015淮安8.03PZE-108047059PZE-1080579783.257 04.426 60.359 1

3 小結(jié)與討論

3.1 雄穗主要性狀QTL的穩(wěn)定性

已有的研究表明，玉米雄穗性狀(包括雄穗長TL、雄穗分枝數(shù)TBN、雄穗重TW等性狀)為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀，容易受到環(huán)境、材料等因素的影響[10-14]，同一研究者在不同環(huán)境下、不同群體材料中檢測定位的結(jié)果往往存在著不同程度的差異，而在不同環(huán)境或不同材料中均能穩(wěn)定檢測到的QTL位點，可作為玉米雄穗性狀分子標(biāo)記輔助選擇、精細(xì)定位及基因克隆的候選位點。楊釗釗等[8]以黃早四為共同親本組配的11個重組自交系群體, 對玉米雄穗一級分枝數(shù)、雄穗主軸長和雄穗干重3個性狀進行QTL分析，不同群體檢測到的一致性QTL比較少，共檢測到5個在3個群體中穩(wěn)定表達(dá)的一致性QTL及16個在2個群體中穩(wěn)定表達(dá)的一致性QTL。劉軍霞等[15]以掖488×Va35-2 構(gòu)建的230個F2∶3家系，結(jié)合2個環(huán)境下的表型鑒定，對不同生態(tài)環(huán)境下的玉米雄穗分枝數(shù)和雄穗主軸長進行QTL定位和效應(yīng)分析，在2個環(huán)境下同時檢測到8個穩(wěn)定表達(dá)的QTL(包括4個雄穗分枝數(shù)QTL，分別位于染色體bin值3.04、5.04、7.02、9.01～9.02位置，以及4個雄穗長QTL，分別位于染色體bin值2.05、3.04、9.01～9.02、10.01位置)。本研究在淮安、海南2個環(huán)境中，穩(wěn)定檢測到2個與TBN連鎖的QTL位點，分別位于染色體bin值1.04、9.03位置；穩(wěn)定檢測到2個與TW連鎖的QTL位點，分別位于染色體bin值4.04-4.06、4.08位置。這些不同環(huán)境條件下穩(wěn)定檢測到的雄穗性狀QTL位點可以為進一步的遺傳研究提供理論基礎(chǔ)。

3.2 與同類試驗的比較

本研究在淮安條件下共檢測到3個與雄穗長(TL)性狀連鎖的QTL位點，位于染色體bin值3.09、5.05、8.04位置，可解釋表型變異的5.19%～5.97%，在海南條件下沒有檢測到與之連鎖的位點。高世斌等[7]在包含103個SSR標(biāo)記的連鎖圖譜基礎(chǔ)上，運用復(fù)合區(qū)間作圖法檢測玉米組合(N87-1×9526)F3家系在正常與干旱脅迫環(huán)境下的雄穗分枝數(shù)與主軸長性狀QTL。2個環(huán)境下共檢測到5個與TL性狀連鎖的QTL位點，分別位于2、4、6、10號染色體上，與本研究相比沒有共同的位點。另外楊釗釗等[8]、劉軍霞等[15]也對TL性狀進行了定位研究，但與本研究結(jié)果也存在著較大的差異。雄穗分枝數(shù)(TBN)方面，本研究在2個環(huán)境條件下共檢測到5個與之連鎖的QTL位點，分別位于染色體bin值1.04、1.05～1.11、2.09、3.06、9.03位置，可解釋表型變異的3.66%～8.41%。王迪等[9]構(gòu)建Q/H群體在6個環(huán)境下檢測到的TBN性狀QTL位點數(shù)目比較多，分別位于1、2、3、4、6、7、8、10號染色體上，其中檢測到的Qqtpbn1-3、Qqtpbn1-4、Qqtpbn1-5、Qqtpbn3-2分別位于染色體bin值1.04、1.10、1.11、3.06位置與本試驗的研究結(jié)果比較一致。白成銀[16]通過構(gòu)建單天花突變材料與常規(guī)材料的回交群體及回交家系群體，檢測到與TBN連鎖的位點位于染色體bin值2.04、3.06、5.04、7.02位置，其中位于染色體bin值3.06位置的QTL位點與本研究比較一致。而Mickelson等[5]、高世斌等[7]的研究結(jié)果與本試驗差異較大。雄穗重(TW)方面，本研究在2個環(huán)境下共檢測到3個與之連鎖的QTL位點，分別位于染色體bin值4.04～4.06、4.08、8.03位置，可解釋表型變異的4.39%～13.65%，其中位于染色體bin值4.08位置的QTL位點效應(yīng)值較大，在淮安、海南2個環(huán)境中可分別解釋表型變異的13.65%、11.89%。前人對于雄穗重的QTL定位研究相對較少，王迪等[9]在Q/H群體中檢測的位點位于1、6、7、9、10號染色體上，與本研究沒有共同位點。

綜上，本研究與他人研究結(jié)果有一定的一致性，但由于遺傳材料、環(huán)境等因素的不同，雄穗主要性狀的定位結(jié)果與他人相比有著較大的差異。而不同研究人員對雄穗主要性狀QTL定位結(jié)果存在不同程度的差異，不利于目標(biāo)性狀的主效QTL的精確定位和克隆，大大限制了分子標(biāo)記輔助選擇的應(yīng)用。如何提高目標(biāo)性狀QTL 定位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，并應(yīng)用于育種實踐，仍需要進一步研究探索。