玉米自交系粗縮病抗性鑒定及抗性基因的關(guān)聯(lián)定位研究.pdf

1、玉米粗縮病是近10年危害我國(guó)部分玉米產(chǎn)區(qū)的主要病害之一，挖掘抗粗縮病玉米種質(zhì)并進(jìn)而培育抗病品種是防治粗縮病危害最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。分子標(biāo)記輔助育種方面，找到與粗縮病抗性基因相連鎖的標(biāo)記可有效加快抗病品種的培育進(jìn)程。本試驗(yàn)在玉米粗縮病重發(fā)地——江蘇沿江地區(qū)農(nóng)科所，選用184份常用玉米自交系(包括111份普通玉米和73份糯玉米)于2009-2010年進(jìn)行田間自然發(fā)病鑒定；同時(shí)利用115對(duì)多態(tài)SSR標(biāo)記對(duì)供試的玉米自交系進(jìn)行遺傳多樣性分析，按U

2、PGMA方法，利用Powermarker3.0軟件對(duì)184份自交系進(jìn)行系統(tǒng)聚類，挖掘抗性較好的雜種優(yōu)勢(shì)亞群。另一方面，在分析供試自交系群體的連鎖不平衡以及群體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用關(guān)聯(lián)分析方法，進(jìn)行了粗縮病相關(guān)基因的初定位以及抗性等位變異的挖掘。研究結(jié)果如下：
　　 (1)通過(guò)連續(xù)2年的重病區(qū)田間自然發(fā)病鑒定，在184份玉米自交系中篩選出2份高抗(T877、YJ7)、14份抗玉米粗縮病的自交系。對(duì)2009-2010年的平均病級(jí)和病情

3、指數(shù)進(jìn)行聯(lián)合方差分析發(fā)現(xiàn)，供試自交系間的抗病性具有極顯著差異(P<0.01)，不同年份間的差異也達(dá)到極顯著水平，自交系與年份互作的差異亦是極顯著。不同年份的環(huán)境特別是年份間傳毒媒介灰飛虱的種群變化及其帶毒率，對(duì)玉米自交系的抗病性鑒定有一定的影響。病情指數(shù)的相關(guān)分析表明兩年鑒定結(jié)果一致性較好，相關(guān)系數(shù)為0.717。
　　 (2)選用均勻分布于玉米10條染色體上的115對(duì)多態(tài)SSR標(biāo)記，在所有供試材料中共檢測(cè)出644個(gè)等位差異片段，

4、單個(gè)引物擴(kuò)增的差異片段變化范圍為2-15個(gè)，每對(duì)引物平均檢測(cè)出5.6個(gè)。所有標(biāo)記位點(diǎn)的PIC平均值為0.59，單個(gè)引物PIC值的變化范圍為0.18-0.91，其中，引物umc1226的PIC值最小，引物bnlg1621b的PIC值最高。所有位點(diǎn)基因多態(tài)性值的變化范圍為0.19-0.92，平均值為0.64。
　　 (3)將均勻分布于玉米10條染色體上的115對(duì)SSR引物、644個(gè)SSR等位變異，按UPGMA方法對(duì)所有自交系進(jìn)行系統(tǒng)

5、聚類，結(jié)合系譜資料和育種實(shí)踐，將184份自交系劃分為9個(gè)亞群。根據(jù)亞群內(nèi)自交系對(duì)粗縮病的抗性反應(yīng)，初步認(rèn)為第Ⅵ亞群(由黃早四等構(gòu)建的分離小群體4S與其他品系混選而來(lái)的自交系)和第Ⅷ亞群(衍生于美國(guó)雜交種78599的玉米自交系)為抗玉米粗縮病育種的重要種質(zhì)類群。
　　 (4)供試材料基因組的連鎖不平衡分析發(fā)現(xiàn)，不論是共線性成對(duì)標(biāo)記位點(diǎn)間還是非共線性成對(duì)標(biāo)記位點(diǎn)間，均存在一定程度的連鎖不平衡。得到統(tǒng)計(jì)概率(p<0.01)支持的不平衡

6、成對(duì)位點(diǎn)比例占總位點(diǎn)組合數(shù)的64.04％。其中測(cè)驗(yàn)概率達(dá)到0.0001顯著水平的位點(diǎn)組有49.55％。連鎖不平衡程度D’>0.5的組合數(shù)占總位點(diǎn)組合數(shù)的1.14％。材料中普通玉米自交系擁有的不平衡成對(duì)位點(diǎn)數(shù)較糯玉米自交系多，然而從D’值次數(shù)分布情況及其平均值看，糯玉米位點(diǎn)間連鎖不平衡程度略高。采用STRUCTURE軟件中基于數(shù)學(xué)模型的方法，結(jié)合自交系的系譜信息以及系統(tǒng)聚類的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)亞群數(shù)K=4時(shí)，基于模型的亞群與自交系的系譜來(lái)源以及

7、系統(tǒng)聚類結(jié)果有較好的一致性，故將供試材料分為4個(gè)亞群。
　　 (5)在粗縮病抗性基因關(guān)聯(lián)定位方面，我們采用了3種表型值，即分別對(duì)2009、2010年的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析，同時(shí)對(duì)病情指數(shù)兩年數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)量性狀的遺傳模型分析，以自交系遺傳效應(yīng)估計(jì)值進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。2009年玉米粗縮病病情指數(shù)和平均病級(jí)的關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，在P<0.01顯著水平下，共定位到了8個(gè)粗縮病相關(guān)SSR位點(diǎn)，分別位于1、2、3、5、9染色體上，其中第2染色上定

8、位到4個(gè)標(biāo)記。2010年的重復(fù)鑒定結(jié)果表明，在P<0.01顯著水平下，可定位到了8個(gè)粗縮病相關(guān)SSR位點(diǎn)，分別位于1、2、4、5、6、10染色體上，其中第2、5染色體上分別定位到2個(gè)標(biāo)記，其余染色體上均定位到1個(gè)標(biāo)記。利用數(shù)量性狀遺傳模型分解出的病情指數(shù)自交系遺傳效應(yīng)估計(jì)值的關(guān)聯(lián)結(jié)果表明，在P<0.05顯著水平時(shí)，共檢測(cè)到7個(gè)關(guān)聯(lián)標(biāo)記。其中有5個(gè)位于第2染色體，2個(gè)位于第7染色體。標(biāo)記bmc1267的遺傳變異解釋率達(dá)到19.91％，其余

9、標(biāo)記的遺傳變異解釋率基本低于10％。分析3種關(guān)聯(lián)定位的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第1染色體的umc1553和第2染色體的umc1026在2009-2010年的年度間重復(fù)鑒定中均可檢測(cè)到。病情指數(shù)的自交系遺傳效應(yīng)估計(jì)值作為表型時(shí)，標(biāo)記umc1026可再次被檢測(cè)到，其余標(biāo)記的重復(fù)性較差。對(duì)標(biāo)記umc1026進(jìn)行抗性等位變異挖掘發(fā)現(xiàn)，umc1026-A130為粗縮病的抗性等位變異，分析2009-2010年的田間發(fā)病數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該等位變異可降低5-10個(gè)病情指數(shù)