甜玉米株高的QTL定位

摘要：選用株高有顯著差異的甜玉米自交系T19和T7為親本配制雜交組合，以232個F2單株為作圖群體，用復(fù)合區(qū)間作圖法在玉米全基因組上檢測株高QTL。結(jié)果顯示，共檢測到3個株高QTLs，分別位于第4、9染色體上。其中，在第9染色體上檢測到1個株高QTL，為qPH-9-1，其加性效應(yīng)為-7.53，對表型的貢獻率為15.8%；在第4染色體上檢測到2個株高QTLs，分別為qPH-4-1、qPH-4-2，其加性效應(yīng)分別為-6.33和-6.75，對表型的貢獻率分別為12.8%和14.5%。

關(guān)鍵詞：甜玉米；株高QTL；復(fù)合區(qū)間作圖

中圖分類號：S513；Q943.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）22-5423-04

株高是玉米育種中重要的農(nóng)藝性狀之一，是衡量營養(yǎng)體大小的一個重要指標(biāo)，其與玉米的種植密度和抗倒伏性直接相關(guān)[1]，因此對株高的QTL進行定位有利于有針對性地制定育種方案，從而達到提高產(chǎn)量的目的。在玉米性狀的遺傳研究中，學(xué)者們普遍認(rèn)為株高受主效基因和微效多基因共同控制，遺傳基礎(chǔ)比較復(fù)雜，表現(xiàn)為典型的數(shù)量性狀遺傳[2-7]。近年來，國內(nèi)已有一些學(xué)者對株高的遺傳機制和遺傳模型進行了研究。楊偉光等[3]、劉鵬等[4]采用增廣NCⅡ設(shè)計對玉米株高進行了遺傳模型測驗，結(jié)果表明玉米株高不符合加性-顯性遺傳模型，存在極顯著顯性效應(yīng)和上位性效應(yīng)。李玉玲等[5]對玉米株高性狀的遺傳模型、基因效應(yīng)的研究結(jié)果表明，株高性狀符合加性-顯性遺傳模型，在株高的遺傳中加性和顯性基因效應(yīng)均起著重要作用。趙剛等[6]和高樹仁等[7]以P1、P2、F1、B1、B2、F2為材料，采用主基因+多基因遺傳模型分析方法對株高的遺傳進行研究，結(jié)果表明玉米株高的遺傳符合兩對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因混合遺傳模型。迄今，在不同遺傳背景、不同環(huán)境條件下，研究者們不斷檢測和定位出了大量株高QTLs，但研究結(jié)果不盡一致，QTL的穩(wěn)定性也很少得到鑒定。因此，進一步發(fā)掘和鑒定控制玉米株高的穩(wěn)定主效QTL，研究其分布和遺傳效應(yīng)，對于實現(xiàn)株型性狀QTL的精細定位、圖位克隆及定向改良具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。

本研究采用株高差異明顯的自交系T7和T19為親本材料，組配后代家系構(gòu)建分子標(biāo)記連鎖圖譜，對與產(chǎn)量密切相關(guān)的株高進行全基因掃描，檢測該遺傳背景下各性狀的QTL位點，以期進一步揭示株高的遺傳機理和檢測出貢獻率較大的基因位點，為分子標(biāo)記輔助選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與田間試驗

供試親本T7和T19是由仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院農(nóng)學(xué)院玉米研究組經(jīng)多年嚴(yán)格選育的甜玉米自交系。經(jīng)多年田間調(diào)查，自交系T19的平均株高為172.3 cm，T7為120.7 cm，兩親本株高差異極顯著（P<0.01）。

2009年上半年在仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院鐘村教學(xué)農(nóng)場選取土壤肥力均勻一致的田塊，以T7（P1）和T19（P2）為親本進行雜交。2009年下半年，將產(chǎn)生的F1自交獲得F2群體。2010年上半年，種植該組合P1、P2、F1和F2代材料，嚴(yán)格控制行距和株距，四周設(shè)置保護行；同時采用Paterson等[8]的方法提取該組合親本、F1和F2群體的DNA，于成株期調(diào)查各F2單株株高，用以檢測株高QTL。

1.2 DNA分子標(biāo)記試驗設(shè)計

根據(jù)Wang等[9]的玉米高多態(tài)性SSR引物及已發(fā)表的玉米遺傳連鎖圖譜[10-13]設(shè)計引物，檢測T7和T19基因組之間的多態(tài)性，將得到的多態(tài)性引物對F2進行基因型鑒定，并記錄群體基因型。試驗所用SSR引物由上海Sangon公司合成，參照Zhang等[14]的方法進行PCR擴增、產(chǎn)物電泳和銀染。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003進行性狀平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差等常規(guī)統(tǒng)計分析；采用JoinMap 3.0軟件分析標(biāo)記間的連鎖關(guān)系，以F2為作圖群體構(gòu)建分子標(biāo)記遺傳圖譜[15]；采用Windows QTL Cartographer 2.5 結(jié)合復(fù)合區(qū)間作圖法在F2群體中檢測株高QTL[16]，通過1 000次隨機抽樣確定LOD閾值。

1.4 QTL的命名方法

QTL命名方法參照McCouch等[17]的方法，按照QTL+性狀+染色體+QTL個數(shù)，其中QTL以小寫“q”開始，性狀以英文縮寫表示，如株高QTL以PH（Plant height）表示，如果同一染色體上存在多個不同位點的QTL則在染色體后加數(shù)字“1”、“2”、“3”等加以區(qū)別。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高正態(tài)分布檢驗

對F2單株材料株高調(diào)查結(jié)果表明，F(xiàn)2群體平均株高為151.7 cm，變幅為117.4～177.9 cm，標(biāo)準(zhǔn)差為25.2 cm，變異系數(shù)16.64%，峰度-0.47，偏度-0.08。從變幅和變異系數(shù)看，株高性狀的變異較大；從偏度和峰度看，株高未顯著偏離正態(tài)分布，符合QTL定位的基本要求，可以進行QTL檢測。

2.2 標(biāo)記連鎖圖譜構(gòu)建

從250對SSR引物中篩選出在T7和T19之間有多態(tài)性的引物81對，用Joinmap 3.0軟件對81個多態(tài)位點進行連鎖關(guān)系分析，得到一幅含77個位點、全長868.7 cM的玉米SSR標(biāo)記遺傳連鎖圖譜，標(biāo)記間的平均間距為11.28 cM（圖1）。

2.3 甜玉米株高QTL定位

應(yīng)用復(fù)合區(qū)間作圖法對232個F2單株株高數(shù)據(jù)結(jié)合分子標(biāo)記連鎖圖譜信息進行株高QTL檢測，共檢測到3個QTLs，分別位于第4、9染色體上（表1、圖1、圖2）。其中，qPH-9-1位于第9染色體上，加性效應(yīng)為-7.53，對表型的貢獻率最大，為15.8%；qPH-4-1、qPH-4-2均位于第4染色體上，加性效應(yīng)分別為-6.33和-6.75，對表型的貢獻率分別為12.8%和14.5%。

3 小結(jié)與討論

隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，分子標(biāo)記技術(shù)在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。普遍認(rèn)為玉米株高是典型的多基因控制的數(shù)量性狀。而當(dāng)前，對質(zhì)量性狀輔助選擇研究的報道比較多[18，19]，而對數(shù)量性狀的分子標(biāo)記輔助選擇卻鮮見報道[20]，這主要是因為數(shù)量性狀受多個微效基因控制，遺傳方式更為復(fù)雜。由研究結(jié)果可以看出，玉米株高主要受加性和顯性作用控制。這點與邱正高等[21]關(guān)于航空誘變糯玉米突變體株高遺傳模型的研究結(jié)果一致。

本研究利用2個株高有顯著差異的甜玉米自交系為親本配制組合，在F2家系中檢測到3個株高QTLs，分別位于第4和第9染色體上。其中，qPH-4-1和qPH-4-2位于第4染色體上，qPH-9-1位于第9染色體上，對表型的貢獻率分別為12.8%、14.5%、15.8%，包含于邱正高等[21]關(guān)于航空誘變糯玉米突變體株高遺傳模型的主基因?qū)Ρ硇偷呢暙I率為12.7%～48.4%的范圍之內(nèi)。對玉米株高的QTL定位做到了更準(zhǔn)確的研究，此定位結(jié)果有助于驗證和豐富前人的研究結(jié)果，并可作為玉米株高相關(guān)QTG（Quantitative trait gene）的候選基因。嚴(yán)建兵等[18]對不同發(fā)育時期玉米株高QTL進行了動態(tài)分析，考察了5個不同時期的株高，根據(jù)不同時期的實際數(shù)據(jù)進行QTL分析，結(jié)果表明QTL在檢測的時期和效應(yīng)值上均存在差異。所以，可以通過對F2在不同發(fā)育時期的株高進行QTL定位，使結(jié)果更加準(zhǔn)確。

另外，本研究得出的與玉米株高相關(guān)的QTLs的遺傳效應(yīng)主要表現(xiàn)為加性作用，且加性效應(yīng)值為負(fù)值。表明降低株高的QTL來源于T7，而與之相對應(yīng)的提高株高的QTL來源于T19。因此在育種實踐中可以利用甜玉米自交系T7和T19，通過QTL的逐步聚合達到提高或降低株高，創(chuàng)造有利株型為生產(chǎn)出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的玉米育種工作服務(wù)。

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（責(zé)任編輯 呂海霞）