玉米粗縮病相關(guān)性狀的遺傳學(xué)分析和QTL定位.pdf

1、玉米(Zea mavs L.)是世界范圍內(nèi)重要的糧食和飼料作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。玉米粗縮病是世界范圍內(nèi)嚴(yán)重危害玉米生產(chǎn)的一種病毒病。經(jīng)過(guò)我國(guó)科研工作者的長(zhǎng)期研究，確定了我國(guó)玉米粗縮病的病原是水稻黑條矮縮病毒(RBSDV)。RBSDV主要通過(guò)傳播介體灰飛虱(Laodelphax sreiatellus Fallen.)進(jìn)行傳播，當(dāng)玉米生育期和灰飛虱遷飛的高峰期重合時(shí)，引起玉米粗縮病的爆發(fā)和流行。由于我國(guó)生產(chǎn)上所用的骨干自交

2、系和雜交種的粗縮病抗性差，近年來(lái)玉米粗縮病導(dǎo)致玉米大面積減產(chǎn)，嚴(yán)重制約了我國(guó)玉米產(chǎn)量的提高。培育抗粗縮病玉米品種已成為我國(guó)玉米育種高度關(guān)注的課題和難題。玉米粗縮病抗病性鑒定試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米對(duì)粗縮病的抗性呈現(xiàn)數(shù)量性狀的特征，是受到多基因控制的。經(jīng)過(guò)多年努力，我國(guó)玉米育種工作者已培育出一批抗玉米粗縮病的自交系，如90110、齊319、X178等。為了控制該病害的發(fā)生和流行、減少生產(chǎn)損失，開(kāi)發(fā)并利用抗病玉米品種本身的抗病QTL進(jìn)行遺傳改良是

3、減輕玉米粗縮病危害的關(guān)鍵。
　　 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)玉米粗縮病研究逐步深入，但并沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展，主要原因在于玉米粗縮病發(fā)病的方式較為復(fù)雜，涉及到病毒、傳播介體灰飛虱和玉米植株這三方面的相互關(guān)系，導(dǎo)致玉米植株抗病性鑒定難度大，鑒定的準(zhǔn)確性較差和抗病性QTL定位困難。因此，建立科學(xué)合理的粗縮病抗性鑒定方法和準(zhǔn)確鑒定分離群體中不同基因型的粗縮病抗性是準(zhǔn)確定位和克隆粗縮病抗病QTL的前提。本工作開(kāi)展了玉米粗縮病抗性鑒定方法的改進(jìn)和粗

4、縮病抗病QTL定位研究。
　　 1.建立田間自然發(fā)病結(jié)合人工接毒的聯(lián)合鑒定方法
　　 本研究利用灰飛虱作為傳毒介體，以山東濟(jì)南地區(qū)自然發(fā)病的玉米粗縮病植株葉片飼喂灰飛虱。而后從飼喂灰飛虱的飼養(yǎng)桶中隨機(jī)挑選5頭灰飛虱成蟲(chóng)作為檢測(cè)的樣本，利用我國(guó)玉米粗縮病病原水稻黑條矮縮病毒(RBSDV)基因組的特異性引物檢測(cè)灰飛虱帶毒情況。在來(lái)自14個(gè)灰飛虱飼養(yǎng)桶的樣本中檢測(cè)出有11個(gè)樣本中的灰飛虱攜帶RBSDV。2010年5月在網(wǎng)棚中利

5、用塑料萌種盤(pán)萌發(fā)玉米實(shí)驗(yàn)材料，待植株處于一葉一心期時(shí)，將攜帶RBSDV的灰飛虱按照500頭/m2的密度放入網(wǎng)棚中，連續(xù)傳毒5天。5天后利用虱蚜凈將剩余灰飛虱全部殺滅。待植株長(zhǎng)至三葉期時(shí)，將它們移栽到濟(jì)南地區(qū)呂家村試驗(yàn)田中生長(zhǎng)，由于此時(shí)適逢田間灰飛虱的遷飛高峰期，而玉米植株又處在對(duì)灰飛虱侵染敏感階段，因而在田間又經(jīng)歷一次田間自然感染。通過(guò)兩種接毒方法的聯(lián)合使用，提高了試驗(yàn)材料的粗縮病發(fā)病率，提高了鑒定結(jié)果的可靠性和重復(fù)性。該方法可以在較短

6、時(shí)期內(nèi)檢測(cè)大量的玉米植株，為鑒定大量分離群體材料的粗縮病抗性和相關(guān)的QTL定位奠定了基礎(chǔ)。
　　 2.玉米粗縮病的遺傳分析
　　 本研究利用課題組創(chuàng)制的“掖478×90110”的RILs的F7:9群體為實(shí)驗(yàn)材料，從2008年到2010年，在山東省濟(jì)南和萊州兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)連續(xù)種植RIL群體和掖478、90110以及其F1植株，通過(guò)田間自然發(fā)病的方法和聯(lián)合接毒鑒定的方法進(jìn)行粗縮病的抗病性評(píng)判。在實(shí)驗(yàn)材料開(kāi)花期對(duì)玉米粗縮病相關(guān)性狀

7、，包括上部節(jié)間性狀、葉片背面蠟質(zhì)性狀、雄穗發(fā)育情況以及粗縮病發(fā)病指數(shù)等進(jìn)行觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)。按照植株粗縮病的病級(jí)和各個(gè)性狀的等級(jí)整理數(shù)據(jù)，然后對(duì)三年兩地的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果表明玉米粗縮病在“掖478×90110”的后代中，抗病特性主要由基因型決定，受到環(huán)境效應(yīng)、基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的影響較小。粗縮病抗性的廣義遺傳力范圍為0.71～0.94。即在該RILs群體中粗縮病的抗性主要是由遺傳因素決定的。分析粗縮病相關(guān)性狀參數(shù)的分布可得出，玉米

8、植株的粗縮病抗性決定于來(lái)自90110的主效QTL。
　　 3.玉米粗縮病抗病QTL定位
　　 利用覆蓋整個(gè)玉米基因組的512對(duì)SSR引物在RILs群體中檢測(cè)標(biāo)記多態(tài)性，選多態(tài)性良好且擴(kuò)增條帶清晰的SSR引物用于QTL的定位檢測(cè)，共計(jì)檢測(cè)到5個(gè)控制粗縮病抗性及相關(guān)性狀的加性QTL，分別位于玉米基因組的2號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)以及10號(hào)染色體上，分別命名為qMRD2、qMRD6、qMRD7、qMRD8以及qMRD10。其中QT

9、L qMRD8幾乎在所有的粗縮病相關(guān)性狀中被檢測(cè)到，而且qMRD8單獨(dú)能夠解釋粗縮病表型變異的12～28.9％，是一個(gè)主效QTL。QTLqMRD2、qMRD6和qMRD7在整個(gè)QTL的定位實(shí)驗(yàn)中至少被檢測(cè)到3次，也是重復(fù)性良好的粗縮病抗性相關(guān)QTL。QTL qMRD10僅僅在上部節(jié)間性狀中被檢測(cè)到了一次，且效應(yīng)值較小，該QTL需要后續(xù)的工作繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證。檢測(cè)到的全部QTL總共可以解釋粗縮病表型變異值的41.43～50.84％。本實(shí)驗(yàn)中q

10、MRD6、qMRD7和qMRD83個(gè)QTL與之前本實(shí)驗(yàn)室王飛等利用SSR-BSA法檢測(cè)到的粗縮病抗性位點(diǎn)相重合，這提示在這些QTL區(qū)及其鄰近位置上存在著玉米粗縮病抗性基因。本研究檢測(cè)到的主效QTL可以通過(guò)MAS的方法導(dǎo)入抗病性較弱的骨干自交系中，用于加快玉米粗縮病抗病性育種的進(jìn)程。
　　 本工作的意義有：1.首次利用田間自然發(fā)病結(jié)合人工接毒的聯(lián)合檢測(cè)方法進(jìn)行了玉米粗縮病抗性鑒定。該方法可有效提高玉米粗縮病抗性鑒定的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性