玉米核心自交系的群體結(jié)構(gòu)及耐旱相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析.pdf

1、干旱是我國(guó)玉米生產(chǎn)發(fā)展的主要限制因素之一。玉米耐旱育種是提高玉米品種耐旱性、減少干旱造成產(chǎn)量損失的有效途徑。而對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行全面精細(xì)的評(píng)價(jià)、挖掘耐旱種質(zhì)基因資源又是耐旱遺傳改良的基礎(chǔ)。在表型評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用基因組學(xué)方法與手段鑒選優(yōu)異耐旱基因源，不僅可以從已表現(xiàn)為大田耐旱性的種質(zhì)資源中發(fā)掘出有益耐旱基因，而且還可以從并未表現(xiàn)出耐旱性的種質(zhì)資源中發(fā)掘出真正的“隱蔽”耐旱基因。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)針對(duì)有益等位基因的功能標(biāo)記應(yīng)用于分子標(biāo)記輔助選擇

2、育種，可為全面提高玉米耐旱育種提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。 本研究以構(gòu)建的一套由95份玉米核心自交系組成的關(guān)聯(lián)作圖群體為實(shí)驗(yàn)材料，在表型水平上，對(duì)其在正常水分條件下及干旱脅迫條件下的表型多樣性水平進(jìn)行了研究；在分子水平上，對(duì)其遺傳多樣性、群體結(jié)構(gòu)和SSR標(biāo)記間的連鎖不平衡(LD)水平進(jìn)行了分析；并對(duì)本實(shí)驗(yàn)室所克隆的干旱誘導(dǎo)表達(dá)基因ZmERD4在關(guān)聯(lián)分析群體中的序列多樣性和LD結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析；最后，運(yùn)用基于全基因組掃描的關(guān)聯(lián)分析策略定

3、位與耐旱表型顯著關(guān)聯(lián)的QTLs，運(yùn)用基于侯選基因的關(guān)聯(lián)分析策略發(fā)掘耐旱候選基因中與表型變異顯著關(guān)聯(lián)的多態(tài)性。 主要研究結(jié)果有以下幾個(gè)方面： 1.針對(duì)16個(gè)表型性狀對(duì)該關(guān)聯(lián)作圖群體的表型多樣性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該群體存在較高的表型多樣性水平。通過(guò)聚類(lèi)分析將其劃分為5個(gè)組群，其中生育期因子在組群劃分中起主導(dǎo)作用。干旱脅迫條件下，不同材料的耐旱表現(xiàn)存在顯著差異。根據(jù)耐旱性鑒定結(jié)果，將材料劃分為耐旱性不同的4個(gè)組群。其中第Ⅰ組

4、群耐旱性最強(qiáng)，共包括10份自交系；第Ⅱ組群耐旱性較強(qiáng)，共包括15份自交系；第Ⅲ組群為中等耐旱類(lèi)型，共包括42份自交系；第Ⅳ組群耐旱性較差，共包括26份自交系。在第Ⅳ組群中，有14份自交系因?qū)Ω珊得{迫反應(yīng)更為敏感而導(dǎo)致沒(méi)有產(chǎn)量。因此，這些自交系為最不耐旱種質(zhì)。 2.利用覆蓋玉米全基因組的145個(gè)SSR標(biāo)記對(duì)該關(guān)聯(lián)作圖群體進(jìn)行了遺傳多樣性分析，共檢測(cè)到1365個(gè)等位變異，平均每個(gè)SSR位點(diǎn)為9.4個(gè)等位變異，基因多樣性平均為0.68

5、31，多態(tài)性信息含量(PCI)平均為0.6439。群體結(jié)構(gòu)分析表明，以遺傳相似性比例≥80％為劃分標(biāo)準(zhǔn)，核心研究材料中的自交系可劃分為4大種質(zhì)來(lái)源，且分別對(duì)應(yīng)于我國(guó)玉米自交系的四大雜種優(yōu)勢(shì)群：蘭卡斯特、塘四平頭、瑞德和P群，各亞群在所有材料中所占的比例分別為31.6％、13.7％、12.6％和7.4％。另外，還有33份自交系與任何亞群的遺傳相似性比例均<80％，因此將這些材料劃分為一個(gè)亞群，稱(chēng)為混合亞群，占到總材料的34.7％。亞群遺傳

6、多樣性分析結(jié)果表明，蘭卡斯特亞群遺傳多樣性最高，其次是塘四平頭亞群、瑞德亞群，而P群的遺傳多樣性水平最低。 3.經(jīng)哈迪—溫伯格平衡(Hardy-Weinbergequilibrium，HWE)檢測(cè)，145個(gè)SSR標(biāo)記間均處于HWE狀態(tài)。核心研究材料中145個(gè)SSR標(biāo)記間共有63.89％的成對(duì)SSRs在0.01水平上處于顯著LD。由于連鎖和群體結(jié)構(gòu)的存在，所有材料中SSR標(biāo)記間的LD水平均高于群體結(jié)構(gòu)所劃分的各亞群內(nèi)的SSR標(biāo)記間

7、LD水平?；谌蚪M掃描的關(guān)聯(lián)分析表明，在考慮群體結(jié)構(gòu)的情況下，共檢測(cè)到了29個(gè)SSR位點(diǎn)與不同環(huán)境下不同性狀間的關(guān)聯(lián)。其中，16個(gè)與特定表型性狀呈顯著關(guān)聯(lián)的SSR位點(diǎn)為首次報(bào)道，而其余13個(gè)位點(diǎn)與眾多國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果相符。與表型性狀顯著關(guān)聯(lián)的SSR位點(diǎn)中，15個(gè)位點(diǎn)只與某一環(huán)境下的性狀相關(guān)聯(lián)，而其余14個(gè)位點(diǎn)均與不同環(huán)境下的兩個(gè)或多個(gè)性狀相關(guān)聯(lián)。 4.通過(guò)對(duì)耐旱候選基因ZmERD4的基因組結(jié)構(gòu)和序列多樣性分析表明，該基因全長(zhǎng)2

8、749bp，含有長(zhǎng)度不等的5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子。ZmERD4基因在95份自交系中共存在55個(gè)SNP(50bp/SNP)和14個(gè)Indel(197bp/Indel)。核苷酸多樣性并不是均勻分布于整個(gè)基因序列，內(nèi)含子區(qū)域的多態(tài)性高于外顯子區(qū)域。ZmERD4基因序列中共有32個(gè)單體型，且從其系統(tǒng)進(jìn)化來(lái)看，該基因序列的進(jìn)化與自交系間的親緣關(guān)系并不是完全一一對(duì)應(yīng)。LD分析表明，處于顯著LD狀態(tài)的多態(tài)性幾乎遍布整個(gè)基因序列，且該基因中存在2個(gè)單體