高油玉米突變體穗位高與株高的QTL定位

摘要：以ＥＭＳ誘變獲得的高油玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ．）突變體ｃｅ０３００５為材料，對(duì)植株的穗位高和株高進(jìn)行了遺傳分析。通過隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析玉米１６７個(gè)ＢＣ１Ｓ１家系的穗位高和株高的變化。利用１０１對(duì)共顯性引物構(gòu)圖，構(gòu)圖長(zhǎng)度為１ ６１１．７ ｃＭ，標(biāo)記間平均距離為１５．９ ｃＭ。用復(fù)合區(qū)間作圖法進(jìn)行數(shù)量性狀位點(diǎn)（ＱＴＬ）分析，共檢測(cè)到３個(gè)控制穗位高的主效ＱＴＬ和１個(gè)微效ＱＴＬ，分別位于１號(hào)和２號(hào)染色體上，單個(gè)控制穗位高ＱＴＬ的貢獻(xiàn)率變幅為４．４２％～１５．４２％；檢測(cè)到２個(gè)控制株高的主效ＱＴＬ和１個(gè)微效ＱＴＬ，分別位于１號(hào)和４號(hào)染色體上，單個(gè)控制株高ＱＴＬ的貢獻(xiàn)率變幅為７．８９％～１２．５３％。

關(guān)鍵詞：玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ．）；突變體；ＳＳＲ；數(shù)量性狀位點(diǎn)（ＱＴＬ）；穗位高；株高

中圖分類號(hào)：Ｓ５１３；Ｓ３３６ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０12）07－1312-03

Ｅａｒ Ｈｅｉｇｈｔ ａｎｄ Ｐｌａｎｔ Ｈｅｉｇｈｔ ＱＴＬ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｏｉｌ Ｍａｉｚｅ Ｍｕｔａｎｔ

ＺＨＡＯ Ｗｅｉ

（Maize Research Institute，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｒｂｉｎ １５００８６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｈｉｇｈ ｏｉｌ ｃｏｒｎ ｍｕｔａｎｔ ｃｅ０３００５ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ＥＭＳ ｐｏｌｌｅｎ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ＱＴＬｓ ｏｆ ｅａｒ ｈｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ． Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｒ ｈｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ａ ＢＣ１Ｓ１ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ １６７ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｓ ｗａｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｒａｎｄｏｍ ｂｌｏｃｋ ｄｅｓｉｇｎ． Ａ ｇｅｎｅｔｉｃ ｌｉｎｋａｇｅ ｍａｐ ｗｉｔｈ ａ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ １ ６１１．７ ｃＭ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｕｓｉｎｇ １０１ ＳＳＲ ｍａｒｋｅｒｓ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｏｃｉ ｗａｓ １５．９ ｃＭ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｍａｐｐｉｎｇ， ３ ｍａｊｏｒ ａｎｄ １ ｍｉｃｒｏ－ｅｆｆｅｃｔ ＱＴＬｓ ｏｆ ｅａｒ ｈｅｉｇｈｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｌｏｃａｔｉｎｇ ａｔ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ １ ａｎｄ ２ ｗａｓ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ， ｗｉｔｈ ｔｈｅｉｒ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｅａｒ ｈｅｉｇｈｔ ｒａｎｇｉｎｇ ｆｒｏｍ ４．４２％ ｔｏ １５．４２％． ２ ｍａｊｏｒ ａｎｄ １ ｍｉｃｒｏ－ｅｆｆｅｃｔ ＱＴＬｓ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｌｏｃａｔｉｎｇ ａｔ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ １ ａｎｄ ４ ｗａｓ ｄｅｔｅｃｔｅｄ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｌｏｃｉ ｗａｓ ７．８９％～１２．５３％．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍａｉｚｅ（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ．）； ｍｕｔａｎｔ； ＳＳＲ； ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔ ｌｏｃｉ（ＱＴＬ）； ｅａｒ ｈｅｉｇｈｔ； ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ

玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ．）耐密品種的篩選與抗倒伏性是密不可分的，所以玉米的穗位高和株高遺傳機(jī)制的研究重新得到人們的高度重視。對(duì)穗位高和株高的遺傳研究及ＱＴＬ定位已有很多報(bào)道［１－３］。本研究對(duì)穗位高和株高的ＱＴＬ進(jìn)行分析，旨在從分子水平上分析穗位高和株高的遺傳基礎(chǔ)。

１ 材料與方法

１．１ 試驗(yàn)材料

以普通玉米自交系Ｂ７３（黃色子粒）為母本，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家玉米改良中心通過ＥＭＳ花粉誘變獲得的高油玉米材料ｃｅ０３００５（白色子粒）為父本，組配Ｆ１雜交種。以ｃｅ０３００５為輪回親本Ｆ１進(jìn)行回交得到ＢＣ１果穗，人工自交授粉得到ＢＣ１Ｓ１，并測(cè)定ＢＣ１Ｓ１家系植株的穗位高和株高。

１．２ 田間試驗(yàn)

采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，兩次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)單行種植，行長(zhǎng)３.0 ｍ，行寬０．５ ｍ，每行１０株，田間管理同大田。散粉后測(cè)量穗位高、株高，每行隨機(jī)測(cè)量中間１０株。

１．３ 基因型分析

親本、Ｆ１和各ＢＣ１群體的葉片貯存在－８０ ℃冰箱中，用改良ＣＴＡＢ法抽提并純化總ＤＮＡ。從ＭａｉｚｅＧＤＢ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍａｉｚｅＧＤＢ．ｏｒｇ）選取均勻覆蓋全基因組的５００對(duì)引物，并根據(jù)ＭａｉｚｅＧＤＢ中公布的引物序列，由北京奧克生物工程公司合成引物。利用在雙親間具有多態(tài)性的１０１對(duì)共顯性標(biāo)記對(duì)ＢＣ１群體進(jìn)行標(biāo)記分析。采用Ｓａｇｈａｉ－ｍａｒｏｏｆ等［４］提出的方法，在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家玉米改良中心分子實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行ＳＳＲ分析。

１．４ 數(shù)據(jù)分析和ＱＴＬ定位

利用Ｅｘｃｅｌ等軟件對(duì)ＢＣ１Ｓ１家系進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，考察了正態(tài)分布、偏度、峰度、χ２測(cè)驗(yàn)等。廣義遺傳力及其置信區(qū)間計(jì)算按照Ｋｎａｐｐ等［５］的方法，Ｈ＝１－１／Ｆ，其中Ｆ為基因型均方同基因型與環(huán)境互作均方的比值。利用復(fù)合區(qū)間作圖（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｍａｐｐｉｎｇ）法，ＱＴＬ Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｅｒ Ｖ２．０，進(jìn)行ＱＴＬ定位和效應(yīng)估計(jì)［６］。根據(jù)公式ｈＢ２＝■，計(jì)算植株的穗位高和株高的廣義遺傳力。

２ 結(jié)果與分析

２．１ 高油玉米突變體植株的穗位高和株高的遺傳分析

為了進(jìn)行ＱＴＬ定位，對(duì)植株的穗位高和株高在ＢＣ１Ｓ１家系中的表現(xiàn)及分布情況進(jìn)行峰度和偏度的計(jì)算，結(jié)果表明，植株的穗位高和株高在ＢＣ１Ｓ１家系中的峰度和偏度的絕對(duì)值均小于１，說明植株的穗位高和株高分布符合正態(tài)分布，由此可見，植株的穗位高和株高屬于典型的數(shù)量性狀。兩個(gè)親本Ｂ７３和ｃｅ０３００５的植株的穗位高分別是７７．３ ｃｍ和７０．５ｃｍ，株高分別是１９６．８ ｃｍ和１８０．２ ｃｍ。ＢＣ１Ｓ１家系穗位高平均值為７５．６ ｃｍ，變幅為４７．０～９７．０ ｃｍ；ＢＣ１Ｓ１家系株高平均值為２０６．２ ｃｍ，變幅為１５６．０～２３８．０ ｃｍ。１６７個(gè)ＢＣ１Ｓ１家系穗位高和株高方差分析的結(jié)果（表１）表明：家系間穗位高和株高達(dá)到極顯著差異，重復(fù)間差異不顯著。ＢＣ１Ｓ１家系穗位高的廣義遺傳力為７６．０％，株高的廣義遺傳力為８２．５％。

２．２ ＳＳＲ圖譜構(gòu)建

從５００對(duì)ＳＳＲ引物中共篩選獲得擴(kuò)增效果好、條帶差異明顯的１２８對(duì)共顯性引物。根據(jù)１２８對(duì)共顯性引物擴(kuò)增信息，利用Ｍａｐｍａｋｅｒ ３．０構(gòu)建連鎖圖譜，圖譜上共擬合１０１對(duì)共顯性引物，構(gòu)圖長(zhǎng)度為１ ６１１．７ ｃＭ，標(biāo)記間平均距離為１５．９ ｃＭ。

２．３ ＱＴＬ定位分析

利用復(fù)合區(qū)間作圖軟件對(duì)ＢＣ１Ｓ１家系的植株穗位高和株高進(jìn)行了ＱＴＬ分析，根據(jù)Ｃｈｕｒｃｈｉｌｌ等［７］的方法，設(shè)定ＱＴＬ的顯著性水平為０．０５，模擬運(yùn)算１ ０００次，共檢測(cè)到３個(gè)控制穗位高的主效ＱＴＬ和１個(gè)微效ＱＴＬ，分別位于１號(hào)和２號(hào)染色體上（圖1），單個(gè)控制穗位高ＱＴＬ的貢獻(xiàn)率變幅為４．４２％～１５．４２％；檢測(cè)到２個(gè)控制株高的主效ＱＴＬ和１個(gè)微效ＱＴＬ，分別位于１號(hào)和４號(hào)染色體上，單個(gè)控制株高ＱＴＬ的貢獻(xiàn)率變幅為７．８９％～１２．５３％?；虻淖饔梅绞蕉紴榧有孕?yīng)（表2）。

３ 討論

隨著ＱＴＬ定位研究在各種作物中的廣泛開展，人們對(duì)ＱＴＬ定位的可靠性越來越關(guān)注。根據(jù)已有的研究報(bào)道來看，盡管不同研究者所使用的試驗(yàn)材料和群體不同，但對(duì)同一性狀的研究結(jié)果還是有相符之處的，特別是一些效應(yīng)較大的ＱＴＬ，確實(shí)能在不同的試驗(yàn)群體中被檢測(cè)出來，而且定出的位置也比較相近。這說明ＱＴＬ定位具有一定的可靠性。

ＱＴＬ定位不區(qū)分效應(yīng)值的大小，即使是效應(yīng)值很小的ＱＴＬ也可以檢測(cè)到。本研究采用ＳＳＲ標(biāo)記分析的方法在（Ｂ７３×ｃｅ０３００５）后代ＢＣ群體中發(fā)現(xiàn)了４個(gè)控制穗位高的ＱＴＬ和３個(gè)控制株高的ＱＴＬ，控制穗位高的ＱＴＬ有３個(gè)主效ＱＴＬ和１個(gè)非主效ＱＴＬ，分別位于1號(hào)和２號(hào)染色體上；控制株高的ＱＴＬ有２個(gè)主效ＱＴＬ和１個(gè)非主效ＱＴＬ，分別位于１號(hào)和４號(hào)染色體上，本試驗(yàn)所檢測(cè)到的４個(gè)穗位高ＱＴＬ和３個(gè)株高ＱＴＬ與其他的研究結(jié)果相似［８－１０］，說明本研究所定位到的ＱＴＬ具真實(shí)性，同時(shí)也說明所采用的檢測(cè)方法具可靠性。但是２號(hào)染色體上的１個(gè)穗位高ＱＴＬ和4號(hào)染色體上的２個(gè)株高ＱＴＬ未找到相近的定位結(jié)果，可能為待發(fā)掘的控制玉米穗位高和株高的新數(shù)量性狀基因位點(diǎn)。

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