甜玉米穗位葉面積QTL定位

張姿麗+蔣鋒（等）

摘要：選用穗位葉面積有顯著差異的超甜玉米（Zea mays L.）自交系T4和T19為親本配制雜交組合，以232個單株的F2群體為作圖群體，構(gòu)建了一張包含77個位點全長868.7 cM的玉米SSR標記遺傳連鎖圖譜，標記間的平均間距為11.28 cM。在F2群體中用復合區(qū)間作圖法在玉米全基因組上檢測穗位葉面積QTL，共檢測到4個與甜玉米穗位葉面積相關(guān)QTL，分別位于玉米第4、5、9染色體上，可解釋5.98%～11.12%的表型變異。這一結(jié)果將加快高產(chǎn)、耐密和抗倒伏甜玉米育種進程，實現(xiàn)玉米的分子標記輔助選擇育種。

關(guān)鍵詞：甜玉米（Zea mays L.）；葉面積；復合區(qū)間作圖；QTL

中圖分類號：S513；Q789 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）07-1502-04

QTL Mapping of Ear Leaf Area in Sweet Corn

ZHANG Zi-li，JIANG Feng，LIU Peng-fei，CHEN Qing-chun，ZHANG Yuan，WANG Xiao-ming

（Crop Research Institute， Zhongkai University of Agriculture and Engineering， Guangzhou 510225，China）

Abstract： Cross was made between two sweet corn inbreds（T19 and T4） significantly different in ELA（ear leaf area）. A genetic linkage map of 868.7 cM length was constructed with 77 SSR markers based on a sweet corn population consisting of 232 F2 individuals from the cross T4×T19， with an average interval length of 11.28 cM. 4 QTLs of ELA on chromosome 4， 5 and 9 were detected with composite interval mapping（CIM）. The phenotypic variance explained by each QTL was ranged from 5.98% to 11.12%. The QTL of ELA from this study may improve the breeding of high yield， density and realized lodging resistance and molecular marker-assisted selection（MAS of ELA）.

Key words：sweet corn（Zea mays L.）； ELA； composite interval mapping； QTL

高產(chǎn)是玉米（Zea mays L.）育種永恒追求的目標，玉米的產(chǎn)量是由多個因素共同作用的結(jié)果，果穗產(chǎn)量性狀是其直接表現(xiàn)。葉片是玉米光合作用的主要器官，葉面積是決定光合產(chǎn)物的一個重要指標[1] ，對于產(chǎn)量形成具有重要的作用。在作物育種上，葉面積作為一個重要的株型選擇指標[2-6]。研究表明，玉米穗三葉面積與玉米單株產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)[7-11]，其中穗位葉面積與產(chǎn)量關(guān)系最為密切[4]。因此，研究玉米穗三葉面積，尤其是穗位葉面積的遺傳機制，對高效選育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、廣適玉米新雜交種具有重要意義。

農(nóng)作物的葉面積是數(shù)量性狀，一般用QTL（Quantitative trait locus）定位的方法來研究其遺傳機制。在農(nóng)作物葉面積QTL 定位方面，水稻上研究比較多，尤其是對水稻劍葉形狀和大小進行了大量的QTL 定位工作[12，13]。而在玉米葉面積QTL的研究中，穗位葉面積相關(guān)的報道比較少[14，15]。Agrama等[14]對不同氮水平下玉米穗位葉面積進行了QTL定位，在高氮水平下定位到了3個和穗位葉面積相關(guān)的QTL，分別位于第5、8、10染色體上；在氮脅迫條件下定位到4個和穗位葉面積相關(guān)的QTL，分別位于第1、3、8、8染色體上。劉建超等[15]利用218個F8的重組自交系為作圖群體，對玉米葉面積（穗三葉面積）進行了QTL 定位分析，兩年共定位到7個和葉面積相關(guān)的QTL 位點。

本研究以葉面積差異顯著的超甜玉米自交系T19和T4為親本配制的F2群體為作圖群體，用復合區(qū)間作圖法在全基因組上檢測了穗位葉面積相關(guān)QTL，分析了其遺傳基礎(chǔ)， 為玉米葉面積的遺傳改良及分子標記輔助選擇奠定基礎(chǔ)，為加快高產(chǎn)、耐密和抗倒伏甜玉米育種進程，實現(xiàn)玉米的分子標記輔助選擇育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試親本T4和T19是由仲愷農(nóng)業(yè)工程學院農(nóng)學院玉米研究組經(jīng)多年嚴格自交選育的甜玉米自交系。經(jīng)多年田間調(diào)查，自交系T19的平均穗位葉面積為447.27 cm2，T4為673.56 cm2，兩親本穗位葉面積差異極顯著（P<0.01）。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間試驗方法 2009年上半年，在仲愷農(nóng)業(yè)工程學院鐘村教學農(nóng)場選取土壤肥力均勻一致的田塊，以T4（P1）和T19（P2）為親本雜交。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材料，嚴格控制行距和株距，四周設(shè)置保護行；同時采用Paterson等[16]的方法提取該組合親本、F1和F2群體的基因組DNA，于成株期調(diào)查各F2單株穗位葉面積，用以檢測葉面積QTL。

1.2.2 SSR標記分析及連鎖圖譜構(gòu)建 根據(jù)Wang等[17]的玉米高多態(tài)性SSR引物及已發(fā)表的玉米連鎖遺傳圖譜設(shè)計引物，檢測T4和T19基因組之間的多態(tài)性，以F2為作圖群體構(gòu)建遺傳連鎖圖譜。SSR引物由上海Sangon公司合成，參照Zhang等[18]的方法進行PCR擴增、產(chǎn)物電泳和銀染。用JoinMap 3.0軟件分析標記間的連鎖關(guān)系，構(gòu)建分子遺傳圖譜[19]，圖距單位為cM（centi-Morgan）。

1.2.3 QTL分析及命名 性狀平均值、標準差等采用Microsoft Excel 2003進行統(tǒng)計分析。采用Windows QTL CartograpHer 2.5結(jié)合復合區(qū)間作圖法在F2群體中檢測穗位葉面積QTL[20]。通過1 000次隨機抽樣確定對數(shù)優(yōu)勢比（LOD）閾值，連鎖的最低LOD為2.5，最大遺傳距離為50 cM。

QTL命名方法參照Mccouch等[21]的方法，按照QTL+性狀+QTL序號，其中QTL以小寫“q”開始，性狀以英文縮寫表示，如穗位葉面積以ELA（Ear leaf area）表示，后加數(shù)字“1”、“2”、“3”等加以區(qū)別。

2 結(jié)果與分析

2.1 穗位葉面積正態(tài)分布檢驗結(jié)果

對F2單株材料穗位葉面積進行正態(tài)分布檢驗，葉面積統(tǒng)計量見表1。從變幅和變異系數(shù)看，群體穗位葉面積性狀的變異較大；從偏度和峰值看，葉面積未顯著偏離正態(tài)分布，符合QTL定位的基本要求，可以進行QTL檢測。

2.2 標記連鎖圖譜構(gòu)建

從250對SSR引物中篩選出在T4和T19之間有多態(tài)性的引物81對，用JoinMap 3.0軟件對多態(tài)性位點進行連鎖關(guān)系分析，得到一張含77個位點全長868.7 cM的玉米SSR標記遺傳連鎖圖譜，標記間的平均間距為11.28 cM（圖1）。

2.3 甜玉米穗位葉面積QTL定位

將232個F2單株穗位葉面積數(shù)據(jù)結(jié)合分子標記連鎖圖譜信息，1 000次抽樣確定LOD閾值，應用復合區(qū)間作圖的方法檢測到4個QTL，分別位于第4、5、9染色體上（圖1，表2）。其中，qELA-1和qELA-4分別位于第4、9染色體上，加性效應值分別為-22.05和-31.81，可分別解釋7.18%和11.12%的表型變異；在第5染色體上檢測到2個QTL（qELA-2和qELA-3），加性效應值分別為-24.08和-23.74，對表型變異的貢獻率分別為5.98%和7.01%。

3 小結(jié)與討論

農(nóng)作物的株高、葉面積以及產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀屬于數(shù)量性狀，自20世紀80年代以來，分子標記技術(shù)以及QTL定位方法的快速發(fā)展為復雜數(shù)量性狀的研究提供了強有力的手段。隨著分子遺傳學的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)構(gòu)建了不少主要農(nóng)作物（水稻、玉米、小麥）的分子標記連鎖圖譜，為農(nóng)藝性狀的QTL定位和遺傳分析打下了基礎(chǔ)。葉面積是構(gòu)成玉米理想株型的重要農(nóng)藝性狀，與玉米產(chǎn)量、耐密性、抗倒伏性及生態(tài)適應性密切相關(guān)。目前玉米生產(chǎn)中的雜交種葉片總數(shù)約在20片左右，在所有葉片中，穗位葉及其上下兩葉（合稱穗三葉）的光合作用強，對產(chǎn)量的貢獻較大。

Agrama等[14]對不同氮水平下玉米穗位葉面積進行了QTL定位，在高氮水平下定位到了3個和穗位葉面積相關(guān)的QTL，分別位于第5、8、10染色體上；在氮脅迫條件下定位到4個和穗位葉面積相關(guān)的QTL，分別位于第1、3、8、8染色體上。與本試驗結(jié)果比較，并沒有發(fā)現(xiàn)與之染色體共位的QTL。說明不同定位群體對于QTL檢測影響非常大。此外，由于環(huán)境與基因型的互作，同一性狀不僅在不同的定位群體中表現(xiàn)不一致，在同一群體的不同種植方式、不同的地理位置或者不同的年份間的表現(xiàn)也往往不一致。

本研究利用2個葉面積有顯著差異的超甜玉米自交系為親本配制組合，在F2單株中檢測到4個穗位葉面積QTL，分別位于第4、5、9染色體上。其中，qELA-4位于第9染色體，與劉建超等[15]在第9染色體定位到的QTL可以在兩年同時檢測到的結(jié)論一致。因此可以推測在第9染色體上存在穩(wěn)定可靠的葉面積QTL，并且其在第9染色體上的貢獻率占11.12%，證明第9染色體在控制葉面積上有著比較重要的作用。此定位結(jié)果有助于驗證和豐富前人的研究結(jié)果，并可作為玉米葉面積相關(guān)QTG（Quantitative trait gene）的候選基因。在不同品種之間，用穗位葉的莖葉夾角、穗位葉長和葉形可粗略預測果穗和穗軸直徑的大小及穗行數(shù)的多少。研究這些對應關(guān)系將有助于育種工作的開展及產(chǎn)量預測，至于是否可定量預測穗部其他性狀特征還有待于進一步研究。

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