玉米株高和穗位高的QTL定位

鄭克志　李元　瞿會(huì)　閏偉　張曠野　宋茂興　呂香玲　李鳳海　史振聲

摘要：利用以玉米自交系T319與9406為親本構(gòu)建的242個(gè)重組自交系（F8），對(duì)玉米株高和穗位高進(jìn)行QTL（數(shù)量性狀基因座位）分析，在第1、2、3、5、7、10染色體定位到6個(gè)株高QTL，位于umc2228與bnlg2295、bnlgl609與bn—lgl350、bnlg210與umcl045，可解釋表型變異率12.13%、13.00%、111.58%，為株高主效QTL；在第1、10染色體上檢測到2個(gè)穗位高主效QTL，位于umc2228-bnlg2295、bnlg210與umcl045，可解釋表型變異率10.73%、16.92%。位于umc2228-bnlg2295、bnlg210-umcl045的區(qū)域?yàn)橹旮吆退胛桓叩囊恢轮餍TL區(qū)間，這些位點(diǎn)的標(biāo)記可進(jìn)行株高和穗位高的株型改良分子標(biāo)記輔助選擇。

關(guān)鍵詞：玉米；重組自交系；株高；穗位高；數(shù)量性狀基因座位（QTL）

中圖分類號(hào)：S513.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）05-0061-02

玉米株高和穗位高是玉米的主要農(nóng)藝性狀，自1968年Donald提出了作物理想株型的概念之后，玉米的株高和穗位高更是玉米理想株型的重要指標(biāo)，株高和穗位高嚴(yán)重影響著玉米產(chǎn)量、抗倒伏性和生態(tài)適應(yīng)性等。研究表明，增加種植密度遠(yuǎn)比增加單株產(chǎn)量對(duì)玉米產(chǎn)量貢獻(xiàn)大。然而，株高和蕙位高太高造成種植密度下降，不抗倒伏，收獲質(zhì)量降低；過矮則會(huì)影響整個(gè)群體生長結(jié)構(gòu)，易感病蟲害，同化作用低下，最終影響生物產(chǎn)量。因此，只有尋求二者的適當(dāng)?shù)慕M合，以得到株高穗位高合適的理想株型，才能獲得高產(chǎn)品種。隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)株高、穗位高的QTL國內(nèi)外已有很多研究報(bào)道，截至2015年1月，MaizeGDB網(wǎng)站（http//1N-DYW.maizegdb.or/）已經(jīng)收錄了314個(gè)株高QTL和43個(gè)穗位高QTL，這些QTL位點(diǎn)分布在基因組的10條染色體上。目前已經(jīng)有對(duì)株高主效基因克隆成功的，騰峰等對(duì)第3染色體的株高主效QTL進(jìn)行了克隆及功能驗(yàn)證；Winkler等對(duì)與株高相關(guān)的基因Dwaf3（D3）進(jìn)行了克隆；Bensen等克隆了株高相關(guān)的Anther earl（Anl）基因。本試驗(yàn)以玉米自交系F319和自交系9406為親本組建的RILs為試材，進(jìn)行玉米株高和穗位高的QTL定位，以期挖掘株高、穗位高的主效QTC對(duì)株型改良提供一定的理論基礎(chǔ)。

1.材料與方法

1.1供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為玉米自交系T319和9406及其采用單籽粒傳法構(gòu)建的242個(gè)重組自交系（RILs）。玉米自交系T319為78599雜交種后代選系齊319的改良系。

試驗(yàn)于2014年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)南試驗(yàn)基地進(jìn)行，采取隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，2次重復(fù)，單行區(qū)，行長4m，行距60cm，每行17穴。

1.2田間表型測定

抽雄吐絲期用卷尺測定242個(gè)家系及親本的株高和穗位高，每行測定5株，其對(duì)應(yīng)葉片平均值作為該家系株高和穗位高的測定值，進(jìn)行QTL分析。

1.3DNA提取與SSR標(biāo)記分析

采用CTAB法提取RIL群體及親本的DNA，方法略作修改。SSR引物根據(jù)MaizeGDB數(shù)據(jù)庫均勻選取，由北京三博遠(yuǎn)志公司合成。PCR反應(yīng)體系：每10uL體系含ddH2O6.18uL，10×buffer（含20 mmol/L Mg2+）1uL，dNTP（25mmol/L each）0.1uL，Taq酶（5U/L）0.1uL，DNA（10ng/uL）2.5uL，弓l物（20mol/uL each）0.12uL。PCR擴(kuò)增程序：95℃預(yù)變性5min；94℃變性45 s，58℃退火45s，72℃延伸1min；最后延伸10min；4℃保存。擴(kuò)增產(chǎn)物用4.5%變性聚丙烯酰胺檢測，并通過銀染記錄帶型，拍照保存。根據(jù)電泳譜帶結(jié)果，將與親本T319相同的帶型記為1，與親本9406相同的帶型記為2，雜合帶型記為0，缺失或模糊記為“一”。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2013和SPSS 20.0對(duì)RIL群體242個(gè)家系的株高和穗位高測定值進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析、正態(tài)分布檢驗(yàn)及遺傳模型分析。利用QTC IciMapping 4.0進(jìn)行連鎖圖譜構(gòu)建和QTL定位。LOD值選擇3，作為連鎖分析和QTL評(píng)價(jià)的閾值。

2.結(jié)果與分析

2.1田間表型測定結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2013對(duì)親本進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果表明，親本之間株高、穗位高差異均達(dá)到了極顯著水平。利用SPSS 20.0對(duì)RIL群體242個(gè)家系株高和穗位高性狀測定值進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，結(jié)果（表1）表明，抹高、穗位高的偏度和峰度絕對(duì)值均小于1，2個(gè)性狀變異幅度和變異系數(shù)均較大，符合數(shù)量性狀遺傳正態(tài)分布的基本特點(diǎn)，因此玉米株高、穗位高性狀值適于進(jìn)行QTC作圖分析。

2.2株高和穗位高的相關(guān)性分析

利用SPSS 20.0對(duì)RIL群體242個(gè)家系抹高和穗位高性狀測定值進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果表明，株高和穗位高相關(guān)系數(shù)為0.756，呈極顯著正相關(guān)，這說明株高和穗位高可能在遺傳上具有相似性，具有相同的代謝途徑和基因控制。

2.3群體分子標(biāo)記基因型分析及連鎖圖譜構(gòu)建

利用均勻分布于玉米基因組的600對(duì)SSR引物對(duì)T319和9406進(jìn)行親本多態(tài)性篩選，獲得150對(duì)在兩親本間具有多態(tài)性的引物，多態(tài)率為25%。利用150對(duì)親本間存在多態(tài)性的引物檢測300個(gè)RILs的標(biāo)記基因型（圖1），利用QTLIciMapping 4.0軟件進(jìn)行遺傳連鎖圖譜繪制。利用QTLIciMapping 4.0軟件構(gòu)建了含有134個(gè)連鎖標(biāo)記的圖譜，第l～10染色體上分別有36、10、11、7、14、8、16、14、10、8個(gè)SSR標(biāo)記，覆蓋全基因組2 382.84 cM，平均距離為17.78cM，可以滿足QTL定位要求。

2.4株高、穗位高的QTL定位分析

利用QTL IciMapping 4.0定位軟件（LOD≥3）對(duì)玉米株高、穗位高性狀進(jìn)行QTL定位（表2），共檢測到6個(gè)玉米株高QTL，分別為qPH-l-l、qPH-2-l、qPH-3-l、qPH-5-1、qPH-7-1、qPH-10-l，兩側(cè)標(biāo)記分別為umc2228與bnlg295、umcl536與bnlgl940、bnlgl601與bnlgl350、umcl429與umc2611、bnlgl380與dupssr9、bnlg210與umcl045，位于第1、2、3、5、7、10染色體上，貢獻(xiàn)率為5.65%～13.00%，其中位于第1染色體1.04的qPH-1-1、位于第3染色體bins 3.05～3.06的qPH-3-1與位于第10染色體bins 10.03～10.04的qPH-10-1貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了12.13%、13.00%和11.58%，為控制玉米株高的主效QTL。

玉米穗位高檢測到2個(gè)QTL，分別為qEH-1-1、qEH-10-1，兩側(cè)標(biāo)記分別是umc2228與bnlg295、bnlg10與umcl04，位于第1、10染色體上的binsl.04和bins 10.03～10.04，貢獻(xiàn)率分別為10.73%和16.92%，qEH-1-1、qEH-10-1為控制玉米穗位高的主效QTL。

3.結(jié)果與討論

本研究在第1、2、3、5、7、10染色體上發(fā)現(xiàn)6個(gè)控制玉米株高的QTL，位于binsl.04的qPH-1-1、bins 3.05-3.06的qPH-3-1和bins 10.03～10.04的qPH-10-1是主效QTL，與張巖等在bins 3.04與bins 10.03發(fā)現(xiàn)株高主效QTU、王翠玲等研究發(fā)現(xiàn)的bins3.05和bins 10.03～10.04株高主效QTL 、蘭進(jìn)好等在binsl.02發(fā)現(xiàn)的株高主效位點(diǎn)、楊曉軍等在bins 1.05發(fā)現(xiàn)的主效QTL[11]、許誠等在binsl.03與bins 10.04發(fā)現(xiàn)的株高QTL位點(diǎn)、李清超等研究發(fā)現(xiàn)binsl.01～1.02與bins3.05處富集株高QTU一致或基本接近，qPH-3-1與騰峰等克隆的bins 3.03基因位點(diǎn)相近。當(dāng)然，本研究發(fā)現(xiàn)的非主效QTL與前人的研究都有吻合之處，如楊曉軍等在bins5.05～5.07發(fā)現(xiàn)了株高主效QTL，本研究在bins 5.03發(fā)現(xiàn)非主效14qph5—1，鄭德波等基于SNP標(biāo)記在第1、2、3、5、7染色體也發(fā)現(xiàn)了株高QTL。

本研究發(fā)現(xiàn)binsl.04和bins 10.03～10.04存在2個(gè)穗位高QTL，而且都是主效位點(diǎn)。與蘭進(jìn)好等在bins 10.03、等在binsl.03、李清超等研究發(fā)現(xiàn)binsl.01～1.02處富集穗位高QTU、張巖在bins 10.03發(fā)現(xiàn)穗位QTU、許誠等在binsl.02發(fā)現(xiàn)穗位高QTL、鄭德波等基于SNP標(biāo)記在第1染色體發(fā)現(xiàn)穗位QTU一致或基本接近。在前人研究中第1染色體存在主效穗位高QTL，并未發(fā)現(xiàn)在第10染色體上存在主效QTL，因此本研究中qEH-10-1屬于新發(fā)現(xiàn)的穗位高主效QTL。

在本研究中發(fā)現(xiàn)存在同時(shí)控制株高和穗位高的主效QTL，位于umc2228-bnlg295的qPH-1-l和qEH-1-1、位于bnlg210-umcl045的qPH-10-1和qEH-10-1，該區(qū)間為株高和穗位高的一致QTL區(qū)間，說明株高和穗位高具有很高遺傳相關(guān)性，這些位點(diǎn)標(biāo)記可進(jìn)行株高和穗位高的株型改良分子標(biāo)記輔助選擇。

為了進(jìn)行株高和穗位高一致性主效QTL的精細(xì)定位，還需要進(jìn)一步構(gòu)建新的回交群體創(chuàng)造單一性狀的近等基因系，為基因的克隆和功能驗(yàn)證提供基礎(chǔ)，最終應(yīng)用到種質(zhì)資源的改良中去。