玉米穗行數(shù)的遺傳解析及主效QTL KRN4的克隆與功能分析.pdf

1、穗行數(shù)是玉米重要的產(chǎn)量構(gòu)成因素，與玉米產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。在玉米的馴化和遺傳改良過程中，穗行數(shù)受到強(qiáng)烈的選擇。作為重要的數(shù)量性狀，穗行數(shù)受到微效多基因位點(diǎn)的控制，同時(shí)穗行數(shù)的發(fā)育是玉米花序發(fā)育的重要環(huán)節(jié)，受花序發(fā)育相關(guān)基因的調(diào)控。本研究利用513個(gè)自交系的關(guān)聯(lián)分析群體，和三個(gè)多親本的連鎖分析群體，對(duì)玉米穗行數(shù)形成的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行解析。采用全基因組選擇的預(yù)測(cè)模型，結(jié)合關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果，探究關(guān)聯(lián)分析在重要數(shù)量性狀全基因組選擇中的應(yīng)用，評(píng)估對(duì)自交系

2、群體和雜交種的穗行數(shù)全基因組預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，以及群體結(jié)構(gòu)對(duì)全基因組預(yù)測(cè)的影響。對(duì)檢測(cè)到的一個(gè)控制玉米穗行數(shù)的主效QTL KRN4，采用圖位克隆的策略，通過對(duì)KRN4的精細(xì)定位和克隆，研究KRN4的功能性變異位點(diǎn)，建立KRN4位點(diǎn)的分子進(jìn)化模式。主要結(jié)果如下:
　　1.全基因組關(guān)聯(lián)分析共鑒定到31個(gè)與穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)的SNPs位點(diǎn)，位于17個(gè)不同的基因組片段內(nèi)。連鎖遺傳定位，鑒定到33個(gè)穗行數(shù)QTLs，可歸納為21個(gè)一致性QTLs。研究

3、發(fā)現(xiàn)控制玉米穗行數(shù)變異的位點(diǎn)主要為加性和部分顯性的，具有較大的遺傳效應(yīng)。70％的穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)位點(diǎn)位于前人報(bào)道或本研究檢測(cè)到的QTL中。
　　2.全基因組預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，玉米自交系和雜交種的穗行數(shù)可用加性模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，并且使用穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)的tagSNP位點(diǎn)的預(yù)測(cè)效果，顯著優(yōu)于使用全基因組隨機(jī)標(biāo)記的預(yù)測(cè)效果。僅需300個(gè)與穗行數(shù)相關(guān)的Top tagSNPs，即可對(duì)玉米自交系和雜交種穗行數(shù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)值與觀察值的相關(guān)性高于可達(dá)0.78。

4、
　　3.利用圖位克隆策略，我們將一個(gè)控制玉米穗行數(shù)的主效QTL KRN4定位到3-Kb的基因間區(qū)段，該區(qū)段位于一個(gè)控制玉米穗行發(fā)育的關(guān)鍵基因Unbranched3的下游60Kb處。在這3-Kb區(qū)段中，兩親本間存在約1.2-Kb插入/缺失的差異（1.2-Kb PAV），其中包含兩段Harbinger轉(zhuǎn)座子片段。用KRN4與UB3不同基因型組合的重組家系及38份自交系為材料，研究KRN4、UB3及穗行數(shù)三者間的關(guān)系，證明了KRN4通

5、過調(diào)節(jié)UB3基因的表達(dá)來調(diào)控玉米穗行數(shù)的變異。通過對(duì)UB3∷Mu突變體的遺傳分析，以及UB3表達(dá)量和表型的關(guān)系，我們認(rèn)為UB3負(fù)調(diào)控玉米的穗行數(shù)、雄穗分枝數(shù)。
　　4.候選區(qū)段的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，KRN4區(qū)段的1.2-Kb PAV與穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)，為KRN4的功能性變異位點(diǎn)。前人報(bào)道的UB3中的A/G SNP(S35)，在本研究的關(guān)聯(lián)分析群體中同樣被檢測(cè)到與穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)。在精細(xì)定位群體中，S35位點(diǎn)的遺傳效應(yīng)較弱，但是S35與1.2

6、-Kb PAV遺傳互作具有更大的遺傳效應(yīng)。
　　5.分子進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，1.2-Kb PAV在玉米的馴化和改良過程中受到強(qiáng)烈選擇，優(yōu)良等位基因頻率在現(xiàn)代玉米自交系中被顯著提高。S35為現(xiàn)代玉米改良過程中新產(chǎn)生的突變位點(diǎn)。1.2-Kb-PAV-S35的最優(yōu)單倍型Hap1，在溫帶玉米遺傳改良中被選擇和富集，而在熱帶玉米種質(zhì)資源中仍為稀有等位基因。
　　本研究所鑒定的與穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)及穗行數(shù)QTL，為利用現(xiàn)代分子育種技術(shù)改良玉