基于分子標記輔助選擇的玉米導入系群體構建與自交系改良.pdf

1、分子標記輔助選擇(molecular marker-assisted selection：MAS)是現(xiàn)代生物育種體系的主要領域，完善MAS的理論與技術體系對有效提高玉米遺傳改良水平具有重要意義。在回交轉育程序中利用MAS技術構建染色體片段代換系或染色體片段導入系群體，不僅可縮短選育年限，提高選育效果，而且可獲得覆蓋全基因組的、片段銜接的全套近等基因系，直接為基因定位、克隆和理論及應用研究提供基礎材料。
　　 本研究選用強優(yōu)勢雜交

2、組合豫玉22的親本87-1和Zong3為受體親本，以糯質、抗病性和抗倒伏性較好的HB522為供體親本，經雜交和連續(xù)3代回至BC3F1后，自交得到BC3F2。從BC1代開始，每個回交世代利用導入片段兩側分子標記進行導入片段的前景選擇，利用覆蓋全基因組SSR標記進行輪回親本的背景選擇，構建單片段導入系基礎群體，并對其遺傳背景、導入片段大小、數目和覆蓋率及其表型效應等進行評價，對幾個重要的產量性狀QTL進行初步定位，同時，通過三種選擇策略得到

3、了waxy基因和Rf3基因的輔助回交改良系，并對改良系的前景選擇效果、背景效應及配合力效應進行評價。取得的初步結果如下：
　　 1、在87-1×HB522的BC3F1群體中篩選到83個遺傳背景回復率高的單株，自交構建成含有40個目標片段的單片段導入系基礎群體87-1HBSSILs。在綜3×HB522的BC3F1群體中篩選到122個高遺傳背景回復率的個體，自交構建成含有78個目標片段的導入系群體，其后經過進一步回交、自交，直到BC

4、4F3，最終構建了98個Z3HBSSILs基礎群體。
　　 2、在87-1HBSSILs群體中，各導入系中所導入的片段數目不等，平均導入4個片段；相對于參考圖譜IBM neighbor2005，導入片段長度在0.03～342.8cM之間，平均長度為91.1cM，導入片段覆蓋48.96%玉米基因組。Z3HBSSILs導入系群體共導入188個供體親本的基因組片段，不同導入系含有的供體片段數目1-6個不等，平均每個導入系有導入片段1.

5、92個：相對于參考圖譜IBM neighbor2005，導入片段的長度在4.8cM-256 cM，平均長度為63.7cM，導入片段共覆蓋86.2%的玉米基因組。
　　 3、在保定和張家口兩地，對Z3HBSSILs群體的穗行數、行粒數、百粒重、穗粒重進行鑒定，基于導入系群體的表型，開展QTL鑒定。兩個環(huán)境下共檢測到15個穗行數QTL，單個QTL可解釋4.57%～33.06%的表型變異，其中2個QTL在兩地均被檢測到；6個行粒數QT

6、L，單個QTL可解釋的表型變異為4.57%～9.86%；9個百粒重QTL，單個QTL可解釋的表型變異為4.24%～19.27%，其中，1個QTL在兩地均被檢測；以及2個穗粒重QTL，分別解釋6.493%和10.131%的表型變異，2個QTL在兩個環(huán)境均被檢測到。
　　 4、基于三種分子標記輔助選擇(MAS)策略，針對Rf3和waxy(wx)基因開展了基于MAS的回交轉育，獲得了3個改良系。分別對這3個改良系目標性狀的改良效果進行

7、分析證實，Rf3基因的導入可使S-Mo17(rj3rf3)育性恢復；導入waxy基因，不僅沒有改變總淀粉含量，而且顯著提高了支鏈淀粉含量，降低了直鏈淀粉含量。
　　 5、對三種MAS選擇策略得到的3個改良系的背景評價發(fā)現(xiàn)，(1)回交各世代進行標記背景選擇的改良系S-Mo17(Rf3Rf3)，背景回復率為96.0%，改良系中供體染色體片段殘留僅為4%，分布于第7、8和9染色體的個別區(qū)域；(2)在BC3F1進行一次標記輔助的背景選擇

8、，所得改良系Z3-wxwx的背景回復率為94.6%，改良系中存在5.4%的遺傳累贅和殘留，分布在目標基因wx所在的第9染色體以及第3、6、7染色體上；(3)在BC3F1只進行表型選擇而不進行標記輔助的背景選擇，所得改良系87-1-wxwx的背景回復率僅為82.1%，改良系中存在17.9%的供體殘留，除第1、10染色體外，其他8條染色體上均有背景殘留。從表型來看，S-Mo17(Rf3Rf3)比S-Mo17(rf3rf3)株高變矮6.Ocm

9、，開花期提早3天：87-1-wwx比87-1株高和穗位高分別降低23cm和6.7cm、穗長變短，抽雄期提早3天；Z3-wxwx比23株高增加19.3cm、穗位高增加6.7cm，開花期推遲3天，87-1-wwx與87-1間差異較顯著。由此表明，背景的回復率越低，改良系與原自交系的性狀差異就越大，與表型選擇相比，通過SSR標記進行背景選擇可有效降低供體非目標片段的導入。
　　 6、改良前后自交系與多個玉米自交系雜交，組配雜交組合，以

10、檢測供體染色體片段殘留對自交系的配合力和雜交種性狀的影響，結果發(fā)現(xiàn)，S-Mo17(rf3rf3)和S-Mo17(Rf3Rf3)、Z3和Z3-wxwx、87-1和87-1-wxwx分別與5個測驗種雜交組合的表現(xiàn)型相似，改良前后的自交系表現(xiàn)出相似的一般配合力和特殊配合力，進一步地說明利用回交結合分子標記輔助選擇，既可有效地改良目標性狀，又不至于改變優(yōu)良自交系的配合力特性。但由于殘留遺傳背景的干擾，改良前后自交系與測驗種所組配的相似組合間，仍