玉米產(chǎn)量及株型性狀QTL定位與遺傳基礎(chǔ)研究.pdf

1、玉米(ZeaMayL.)是重要的糧食作物，提高玉米產(chǎn)量是育種家追求的首要目標(biāo)。由于產(chǎn)量遺傳力低、環(huán)境互作和生物學(xué)基礎(chǔ)復(fù)雜，具體操作上面臨很大困難。隨著分子標(biāo)記技術(shù)和統(tǒng)計(jì)遺傳方法的發(fā)展，QTL定位正在成為剖析數(shù)量性狀遺傳結(jié)構(gòu)的基本研究策略。 本研究以玉米優(yōu)良單交種掖單13(掖478x丹340)衍生群體為材料，利用覆蓋玉米全基因組的SSR分子標(biāo)記進(jìn)行基因型分析，于一年五點(diǎn)的田間表型試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)株型和產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行QTL定位，探討

2、相關(guān)性狀的遺傳基礎(chǔ)，并對(duì)群體大小在QTL定位中的效應(yīng)進(jìn)行了分析。 主要結(jié)果如下： 1.以500個(gè)F2單株為作圖群體，利用150個(gè)共顯性的SSR標(biāo)記，構(gòu)建了覆蓋玉米全基因組的分子標(biāo)記連鎖圖。圖譜總長度1478.7cM，平均間距10.0cM?；诜肿訕?biāo)記排列順序的比較，該連鎖圖譜與目前國際上發(fā)表的高密度的玉米連鎖圖譜非常一致，能夠用于QTL定位。在P=0.05水平上觀察到47個(gè)(31.3％)分子標(biāo)記發(fā)生了偏分離，在染色體上找

3、到8個(gè)偏分離熱點(diǎn)區(qū)域。分析表明：26個(gè)(55.3％)標(biāo)記的偏分離由配子體選擇引起，14個(gè)(29.8％)標(biāo)記由孢子體選擇引起，同時(shí)由配子體和孢子體選擇引起的有6個(gè)(12.8％)，配子體選擇是偏分離的主要原因。 2.以397個(gè)F2:3家系為田間表型鑒定群體，于一年五點(diǎn)的田間表型試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用復(fù)合區(qū)間作圖法，對(duì)16個(gè)與株型和產(chǎn)量有關(guān)的性狀進(jìn)行QTL定位，共定位了671個(gè)QTL，與產(chǎn)量相關(guān)的QTL共497個(gè)，每個(gè)性狀定位的QTL在4-

4、18個(gè)之間，單個(gè)環(huán)境下平均每個(gè)性狀檢測到9.7個(gè)QTL，單個(gè)QTL所解釋的表型變異在1.9％-25.9％之間。株型性狀檢測到4個(gè)主效QTL，分別為ph1d，ph5c、eh5c和pe9b，平均貢獻(xiàn)率分別為13.3％、14.6％、17.0％和19.6％。產(chǎn)量相關(guān)性狀檢測到一個(gè)穗行數(shù)主效QTL(rn7c)，位于Bin7.03區(qū)域，標(biāo)記umc1865與其緊密連鎖，五點(diǎn)聯(lián)合貢獻(xiàn)率16.4％，平均貢獻(xiàn)率13.7％。挖掘出一些新的產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL，

5、如gy5c和ewla等。 3.不同性狀QTL的作用方式有所不同，加性、部分顯性、完全顯性和超顯性都有檢出。其中，株型相關(guān)的QTL中，38.5％表現(xiàn)加性效應(yīng)，52.9％表現(xiàn)部分顯性，2.9％表現(xiàn)完全顯性，5.7％表現(xiàn)超顯性；產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL中，21.7％表現(xiàn)加性效應(yīng)，47.5％表現(xiàn)部分顯性，12.1％表現(xiàn)完全顯性，18.7％表現(xiàn)超顯性。因此，加性和部分顯性是株型和產(chǎn)量相關(guān)性狀的主要遺傳基礎(chǔ)。 4.產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL集中分

6、布在一些染色體區(qū)域，主要分布于第2染色體的bnlg1064-umc1065區(qū)間、第5染色體bnlg1879-umc1019區(qū)間和第7染色體的umc1983-umc1708區(qū)間，均在六種環(huán)境下檢測到(五個(gè)環(huán)境+聯(lián)合)，Bin1.03-1.06和3.04-3.06區(qū)域則在五種環(huán)境下檢測到。分析表明QTL集中分布現(xiàn)象與性狀之間的相關(guān)呈極顯著的中度線性相關(guān)(r=0.72)。此外，某些環(huán)境下存在特異的集中分布區(qū)域，在新疆點(diǎn)檢測到第1染色體的bnl

7、g1331-phi227562區(qū)間，集中8個(gè)性狀；海南點(diǎn)檢測到第4染色體上的bnlg1265-phi092b區(qū)間，集中7個(gè)性狀，表明受環(huán)境互作的影響。 5.基于混合線性模型的QTL與環(huán)境互作分析表明：各性狀發(fā)生互作的QTL比例在0-72.7％之間，且QTL與環(huán)境互作因性狀而異，從大到小排序分別是籽粒產(chǎn)量>行粒數(shù)>穗粒數(shù)>穗長和穗粗>穗重>百粒重和軸粗>穗行數(shù)>株高和穗位高，解釋的表型變異在0.46％-9.08％之間。 6

8、.兩位點(diǎn)上位性互作分析共檢測到29對(duì)互作QTL，每個(gè)性狀在0-5對(duì)之間。AA、AD/DA和DD4種互作形式均檢測到。其中，AA互作占27.8％，AD(DA)互作占52.8％，DD互作占19.4％，其解釋的遺傳效應(yīng)都比較小。涉及上位性互作的位點(diǎn)中，近一半互作發(fā)生在沒有顯著效應(yīng)的基因位點(diǎn)之間。上位性效應(yīng)因性狀而異，籽粒產(chǎn)量、穗長、穗行數(shù)和株高等性狀涉及的互作位點(diǎn)較多。且籽粒產(chǎn)量檢測到上位性QTL與環(huán)境互作。說明上位性互作對(duì)玉米株型和產(chǎn)量相關(guān)

9、性狀的遺傳起到一定作用。 7.以8個(gè)水平下的群體大小對(duì)籽粒產(chǎn)量、行粒數(shù)、穗粗、穗行數(shù)、百粒重和株高六個(gè)表型性狀進(jìn)行分析，結(jié)果表明群體大小能夠顯著影響QTL檢測數(shù)目、敏感性、特異性、效應(yīng)、位置偏差和作用方式，但也因性狀而異，與性狀遺傳力有關(guān)。降低群體大小將降低QTL的LOD值，其經(jīng)驗(yàn)公式為：LODN-LODn/LODN=1-n/N(n為較小群體數(shù)，N為較大群體數(shù))。 綜合分析表明：株高、穗行數(shù)和百粒重QTL檢測所需群體規(guī)模