玉米穗行数基因的QTL定位与分析
2022-06-09
【论文摘要】对玉米中控制穗行数的QTL进行定位和分析，为分子标记辅助选择育种提供理论基础。在一套以综3为遗传背景携带衡白522置换片段的染色体片段 置换系群体进行QTL初步定位的基础上，以穗行数明显减少的置换系SIL8为材料，构建置换片段内的F2次级分离群体和跨叠系进行了穗行数基因的QTL定 位。在1.02～1.04 bin区段存在控制玉米穗行数的QTL，命名为qKRN1。2年的QTL定位及跨叠系分析结果将qKRN1锁定在分子标记HND9-umc1297之间， 遗传距离为2.7cM，该穗行数QTL的鉴定，为进一步精细定位或克隆相应基因奠定了基础。
【论文关键词】玉米；染色体片段置换系；穗行数；数量性状
玉米产量是玉米育 种学家和遗传学家共同关注的性状，穗行数是一个重要的产量组成因子，与产量显著正相关，探明穗行数形成的遗传机理有助于玉米产量性状形成的遗传机理的阐 述，为开展分子设计育种提供理论指导。玉米穗行数是一个数量性状，受到多基因的控制。随着分子标记技术的发展和玉米基因组测序结果的出现，在玉米全基因组 内检测控制产量相关QTL取得了一定进展。在20世纪80—90年代，Edwards等就使用同工酶和RFLP标记开展玉米数量性状基因的研究 [1-2]。随后Veldboom等报道了利用RFLP标记对玉米形态和产量性状进行QTL定位，鉴定了23个控制形态性状、35个控制产量性状的 QTL，其中，在1 S（bnl5.62，1.02 bin）、2 S、4 S和4 L上各鉴定了一个穗行数QTL[3]。bnl5.62附近的QTL也被Austin 等所鉴定到，另外他们在其邻近的umc157附近还检测到一个穗粗QTL[4]。杨俊品等以4822×5003 的166 个F2：3 家系作为定位群体，共检测出 59 个分布于10个连锁群的QTL，其中第1、3 连锁群较多；在第一染色体的bnlg1083（1.02 bin）、umc1035（1.06 bin）附近发现了2个穗行数QTL[5]，这些QTL也与产量有关[6]。严建兵等分别利用综3×87-1的F2：3家系和RIL群体，发现 umc1122～bnlg1558（1.06 bin）为一个产量、行数和行粒数QTL簇，umc1169～bnlg1811（1.04 bin）之间存在一个穗行数QTL，bnlg1811（1.04 bin）～umc1124（1.05 bin）之间存在一个百粒质量QTL[7]，这些结果也为Li等在爆裂玉米群体中所检测[8]。汤继华等利用综3×87-1的441个永久F2群体，也在 第一染色体的umc1122～bnlg1025（1.06 bin）、umc1774～phi26545（1.10～1.11 bin）区段定位了2个穗行数QTL，bnlg1614～bnlg1083（1.02 bin）检测到一个百粒质量的QTL[9]。Ma等在标记 bnlg2180（1.03 bin）～umc1169（1.04 bin）之间检测到了一个产量和穗行数的QTL[10]。Blanc等使用4个自交系杂交组配得到的6个F2群体及F2：3家系，在6个组合中均在 bnlg1627（1.02 bin）～bnlg176（1.02 bin）之间检测到产量的QTL[11]。
白苇等利用玉米自交系综3为受体，衡白522为供体构建的染色体片段置换系群体，进行了玉米产量性状的定位研究，其中在第一条染色体的 1.02～1.04 bin （bnlg1083～bnlg1811）之间定位到了穗行数、穗粗和单穗产量等性状，认为该区段所含的基因对玉米产量的形成有重大作用，可能是一个控制产 量的基因簇[12]。本研究以白苇等定位到穗行数QTL的染色体置换系SIL8为材料，构建了定位区段内的分离群体和跨叠系进行了进一步的QTL鉴定和分 析，为分子标记辅助育种提供重要理论依据。
1材料与方法
1.1材料
SIL8是一个穗行数为8～10行的玉米置换系，选自于本实验室构建的染色体片段置换系群体Z3HBILs，该群体的详细构建过程见王立秋等 的文献[13]报道。综3是中国玉米育种中广泛使用的自交系。与综3相比，SIL8的遗传背景非常相似，仅在第一染色体的1.02～1.04 bin（bnlg1083和bnlg1811之间）具有遗传差异，在表现型上，SIL8的穗行数比综 3 减少了6～8行，该置换系作为在穗行数上与受体有显著差异的纯系来进行分离群体的构建和精细定位研究。
1.2群体构建和田间种植
以SIL8和综3杂交，得到区段内F1自交构建第一染色体的1.02～1.04 bin的F2分离群体，于2008年（253个单株）、2009年（593个单株）在河北农业大学（保定）试验田进行田间种植，行长3 m，行距60 cm，株距25 cm，单粒点播，每行13株，单株考察玉米果穗的穗行数。这2个群体主要用于遗传连锁图谱的构建、QTL的定位和QTL区段内跨叠系的构建。
1.3多态性标记的鉴定和开发
【论文关键词】玉米；染色体片段置换系；穗行数；数量性状
玉米产量是玉米育 种学家和遗传学家共同关注的性状，穗行数是一个重要的产量组成因子，与产量显著正相关，探明穗行数形成的遗传机理有助于玉米产量性状形成的遗传机理的阐 述，为开展分子设计育种提供理论指导。玉米穗行数是一个数量性状，受到多基因的控制。随着分子标记技术的发展和玉米基因组测序结果的出现，在玉米全基因组 内检测控制产量相关QTL取得了一定进展。在20世纪80—90年代，Edwards等就使用同工酶和RFLP标记开展玉米数量性状基因的研究 [1-2]。随后Veldboom等报道了利用RFLP标记对玉米形态和产量性状进行QTL定位，鉴定了23个控制形态性状、35个控制产量性状的 QTL，其中，在1 S（bnl5.62，1.02 bin）、2 S、4 S和4 L上各鉴定了一个穗行数QTL[3]。bnl5.62附近的QTL也被Austin 等所鉴定到，另外他们在其邻近的umc157附近还检测到一个穗粗QTL[4]。杨俊品等以4822×5003 的166 个F2：3 家系作为定位群体，共检测出 59 个分布于10个连锁群的QTL，其中第1、3 连锁群较多；在第一染色体的bnlg1083（1.02 bin）、umc1035（1.06 bin）附近发现了2个穗行数QTL[5]，这些QTL也与产量有关[6]。严建兵等分别利用综3×87-1的F2：3家系和RIL群体，发现 umc1122～bnlg1558（1.06 bin）为一个产量、行数和行粒数QTL簇，umc1169～bnlg1811（1.04 bin）之间存在一个穗行数QTL，bnlg1811（1.04 bin）～umc1124（1.05 bin）之间存在一个百粒质量QTL[7]，这些结果也为Li等在爆裂玉米群体中所检测[8]。汤继华等利用综3×87-1的441个永久F2群体，也在 第一染色体的umc1122～bnlg1025（1.06 bin）、umc1774～phi26545（1.10～1.11 bin）区段定位了2个穗行数QTL，bnlg1614～bnlg1083（1.02 bin）检测到一个百粒质量的QTL[9]。Ma等在标记 bnlg2180（1.03 bin）～umc1169（1.04 bin）之间检测到了一个产量和穗行数的QTL[10]。Blanc等使用4个自交系杂交组配得到的6个F2群体及F2：3家系，在6个组合中均在 bnlg1627（1.02 bin）～bnlg176（1.02 bin）之间检测到产量的QTL[11]。
白苇等利用玉米自交系综3为受体，衡白522为供体构建的染色体片段置换系群体，进行了玉米产量性状的定位研究，其中在第一条染色体的 1.02～1.04 bin （bnlg1083～bnlg1811）之间定位到了穗行数、穗粗和单穗产量等性状，认为该区段所含的基因对玉米产量的形成有重大作用，可能是一个控制产 量的基因簇[12]。本研究以白苇等定位到穗行数QTL的染色体置换系SIL8为材料，构建了定位区段内的分离群体和跨叠系进行了进一步的QTL鉴定和分 析，为分子标记辅助育种提供重要理论依据。
1材料与方法
1.1材料
SIL8是一个穗行数为8～10行的玉米置换系，选自于本实验室构建的染色体片段置换系群体Z3HBILs，该群体的详细构建过程见王立秋等 的文献[13]报道。综3是中国玉米育种中广泛使用的自交系。与综3相比，SIL8的遗传背景非常相似，仅在第一染色体的1.02～1.04 bin（bnlg1083和bnlg1811之间）具有遗传差异，在表现型上，SIL8的穗行数比综 3 减少了6～8行，该置换系作为在穗行数上与受体有显著差异的纯系来进行分离群体的构建和精细定位研究。
1.2群体构建和田间种植
以SIL8和综3杂交，得到区段内F1自交构建第一染色体的1.02～1.04 bin的F2分离群体，于2008年（253个单株）、2009年（593个单株）在河北农业大学（保定）试验田进行田间种植，行长3 m，行距60 cm，株距25 cm，单粒点播，每行13株，单株考察玉米果穗的穗行数。这2个群体主要用于遗传连锁图谱的构建、QTL的定位和QTL区段内跨叠系的构建。
1.3多态性标记的鉴定和开发