甜玉米雄穗一級(jí)分枝數(shù)QTL定位

張姿麗，蔣鋒，劉鵬飛，陳青春，張媛，王曉明

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院作物研究所，廣東廣州 510225)

甜玉米雄穗一級(jí)分枝數(shù)QTL定位

張姿麗，蔣鋒，劉鵬飛，陳青春，張媛，王曉明

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院作物研究所，廣東廣州 510225)

【目的】為改良玉米雄穗性狀.【方法】以雄穗一級(jí)分枝數(shù)有顯著差異的超甜玉米自交系T4和T19為親本，構(gòu)建了包含232個(gè)單株的F2群體，考察雄穗一級(jí)分枝數(shù)，利用復(fù)合區(qū)間作圖法進(jìn)行QTL定位.【結(jié)果和結(jié)論】結(jié)果獲得一張包含77個(gè)SSR標(biāo)記的遺傳連鎖圖譜，全長868.7 cM，標(biāo)記平均間距為11.28 cM，共檢測(cè)到4個(gè)與超甜玉米雄穗一級(jí)分枝數(shù)相關(guān)的QTL位點(diǎn)，分別位于玉米第4、7、8染色體上，可解釋5.08%～17.71%的表型變異.主效QTL位點(diǎn)qTBN-4位于第8染色體，可解釋17.71%的表型變異.這些QTLs將為雄穗一級(jí)分枝數(shù)的分子標(biāo)記輔助選擇提供依據(jù).

甜玉米;雄穗一級(jí)分枝數(shù);復(fù)合區(qū)間作圖;QTL

本研究采用在雄穗分枝數(shù)存在顯著差異的超甜玉米自交系T4和T19為親本，組配F2群體，構(gòu)建分子標(biāo)記連鎖圖，對(duì)雄穗分枝數(shù)進(jìn)行全基因組掃描，以期檢出貢獻(xiàn)率較大的主效QTL位點(diǎn)，為分子標(biāo)記輔助選擇提供依據(jù)，為進(jìn)一步揭示雄穗分枝數(shù)的遺傳機(jī)理提供幫助，為甜玉米背景下改良玉米雄穗性狀育種提供有用信息.

1 材料與方法

1.1 材料

自交系T4和T19，由仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院玉米研究室提供，基因型純合.T4的平均雄穗一級(jí)分枝數(shù)為12.5、T19為22.8，兩親本雄穗一級(jí)分枝數(shù)差異極顯著.

1.2 田間試驗(yàn)

2009年春，在仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院鐘村教學(xué)農(nóng)場(chǎng)選取土壤肥力均勻一致的田塊，以T4為母本(P1)、T19為父本(P2)進(jìn)行雜交.2009年秋，種植F1，自交獲得F2果穗.2010年春，種植該組合P1、P2、F1和F2代材料，行距0.8 m、株距0.3 m，周圍設(shè)置保護(hù)行.同時(shí)于大喇叭口期采集該組合親本P1、P2、F1和F2群體的幼嫩葉片，采用改良CTAB法提取其DNA［12］，稀釋DNA濃度到25 ng·mL-1用于SSR標(biāo)記檢測(cè).于散粉后20 d調(diào)查雄穗一級(jí)分枝數(shù)，P1、P2和F1各選取10株調(diào)查一級(jí)分枝數(shù).

1.3 SSR標(biāo)記分析及連鎖圖譜構(gòu)建

根據(jù)國際玉米小麥改良中心網(wǎng)站(www.maizegdb.org)公布的玉米SSR引物序列，選取在染色體上分布均勻的250對(duì)SSR引物，檢測(cè)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［13］的方法進(jìn)行PCR擴(kuò)增、產(chǎn)物電泳和銀染.用Join-Map 3.0軟件分析標(biāo)記間的連鎖關(guān)系，最低LOD值為2.5，最大遺傳距離為50 cM，構(gòu)建分子遺傳圖譜［14］，采用Kosambi函數(shù)，遺傳圖距單位為cM(centiMorgan).

1.4 QTL分析及命名

雄穗一級(jí)分枝數(shù)性狀平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差等采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.采用復(fù)合區(qū)間作圖法，利用Windows QTL Cartographer V2.0進(jìn)行QTL位點(diǎn)的檢測(cè)并估計(jì)其效應(yīng)值，通過1 000次排列來檢測(cè)QTL位點(diǎn)的臨界值，選用LOD值為2.5［15］.QTL命名方法參照McCouch等［16］的方法，雄穗分枝數(shù)QTL以TBN(Tassel branch number)表示，不同位點(diǎn)的QTL則加數(shù)字“1”、“2”、“3”等加以區(qū)別.

2 結(jié)果與分析

2.1 雄穗一級(jí)分枝數(shù)表型變異

對(duì)P1、P2、F1和F2群體的雄穗一級(jí)分枝數(shù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，雄穗一級(jí)分枝數(shù)各統(tǒng)計(jì)量見表1.因P1、P2和F1只選取了10株進(jìn)行表型鑒定，未統(tǒng)計(jì)其變異系數(shù)、峰度和偏度，F(xiàn)1代的雄穗一級(jí)分枝數(shù)均值為17.10，雙親均值為17.65，與雙親均值接近;F2群體的雄穗一級(jí)分枝數(shù)均值為18.00，略高于雙親均值，變幅為10～25，表現(xiàn)為超親分離，其峰度值為-0.52，偏度值為-0.10，均小于1，表現(xiàn)為正態(tài)分布，符合QTL定位的基本要求，可以進(jìn)行QTL檢測(cè).

表1 P1、P2、F1和F2群體雄穗一級(jí)分枝數(shù)的表型變異Tab.1 The phenotypic variation of tassel primary branch number in P1，P2，F(xiàn)1and F2population

2.2 SSR標(biāo)記連鎖圖譜構(gòu)建

250 對(duì)SSR引物經(jīng)篩選，得到T4和T19之間有多態(tài)性的引物81對(duì)，均為共顯性標(biāo)記，用Joinmap3.0軟件對(duì)232單株的F2群體的81個(gè)多態(tài)位點(diǎn)進(jìn)行連鎖分析，得到1張含77個(gè)位點(diǎn)全長868.7 cM的玉米SSR標(biāo)記遺傳連鎖圖譜，包含10個(gè)連鎖群，標(biāo)記順序與IBM 2008 Neighbors的圖譜相一致，定名為10條染色體，標(biāo)記間的平均間距為11.28 cM(圖1).

2.3 甜玉米雄穗一級(jí)分枝數(shù)QTL定位

232個(gè)F2群體的雄穗一級(jí)分枝數(shù)結(jié)合分子標(biāo)記連鎖圖信息，應(yīng)用復(fù)合區(qū)間作圖的方法共檢測(cè)到4個(gè)QTL，分別位于第4、7、8染色體上(圖1，表2).其中，在第4染色體檢測(cè)到1個(gè)QTL位點(diǎn)(qTBN-1)，可解釋6.61%的表型變異，加性效應(yīng)值為-1. 18;在第7染色體上檢測(cè)到2個(gè)位點(diǎn)(qTBN-2和qTBN-3)，對(duì)表型的貢獻(xiàn)率分別為5.08%和5.79%，加性效應(yīng)值分別為-0.83和-0. 93;主效QTL位點(diǎn)，qTBN-4位于第8染色體，可解釋17.71%的表型變異，加性效應(yīng)值為-1.69.所檢測(cè)到的4個(gè)QTL位點(diǎn)的加性效應(yīng)值均為負(fù)值，說明雄穗一級(jí)分枝數(shù)少的親本T4提供了4個(gè)雄穗一級(jí)分枝數(shù)少的有利等位基因.

圖1 甜玉米F2群體SSR標(biāo)記連鎖遺傳圖譜及雄穗一級(jí)分枝數(shù)QTL分布Fig.1 SSR genetic linkage map and chromosome location of QTL clusters for tassel primary branch number in F2population of sweet corns

表2 甜玉米F2群體復(fù)合區(qū)間法檢測(cè)到的雄穗一級(jí)分枝數(shù)QTLTab.2 All QTLs detected for TBN using the method of CIM in F2population of sweet corns

3 討論與結(jié)論

玉米雄穗相關(guān)性狀的研究［1-11，17-19］，以及玉米雄穗分枝數(shù)的遺傳和QTL定位研究［4-6，8-9，11，19］已有報(bào)道.Geraldi等［2］的研究表明雄穗分枝數(shù)與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)(r=-0.65)［2］.Schuetz等［17］與霍仕平等［18］運(yùn)用經(jīng)典數(shù)量遺傳學(xué)方法研究了雄穗分枝數(shù)的遺傳規(guī)律和遺傳力，結(jié)果認(rèn)為雄穗分枝數(shù)遺傳效應(yīng)以加性為主遺傳力較高，狹義遺傳力在46%～89%之間，在育種中可以進(jìn)行早代選擇，而小的雄穗有利于玉米將更多的能量轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量.本研究中考察了P1、P2、F1和F2群體的雄穗一級(jí)分枝數(shù)，F(xiàn)1和F2的均值與雙親均值差異均不大，說明雄穗一級(jí)分枝主要受基因間的加性效應(yīng)影響，選擇雄穗一級(jí)分枝數(shù)少的親本有利于選育小雄穗雜交種，提高產(chǎn)量.

已有許多關(guān)于雄穗一級(jí)分枝數(shù)基因定位的報(bào)道.湯華等［5］定位了9個(gè)玉米雄穗分枝數(shù)QTL，可解釋表型變異的5.13%～12.01%，其中6個(gè)QTL來自父本的等位基因有增效作用.Upadyayula等［19］2006年利用BC1S1群體對(duì)玉米的雄穗長、雄穗質(zhì)量和雄穗分枝角度等13個(gè)雄穗相關(guān)性狀進(jìn)行QTL定位研究，在7.02 bin位置檢測(cè)到6個(gè)QTL位點(diǎn)與雄穗性狀有關(guān).本研究中利用2個(gè)雄穗一級(jí)分枝數(shù)有顯著差異的超甜玉米自交系為親本構(gòu)建F2群體，共檢測(cè)到4個(gè)雄穗分枝數(shù)QTLs，分別位于第4、7、8染色體上.其中，主效QTLqTBN-4定位于第8條染色體，表型貢獻(xiàn)率為17.71%.王迪等［9］的研究也發(fā)現(xiàn)，第8染色體存在著環(huán)境穩(wěn)定的雄穗分枝數(shù)相關(guān)QTL，與本研究中的位置一致，說明第8條染色體存在控制雄穗一級(jí)分枝數(shù)的重要基因.qTBN-3位于第7染色體，與張志明等［8］定位的雄穗分枝數(shù)QTL存在一個(gè)共同連鎖標(biāo)記bnlg1553，而王迪［9］在7.02 bin也檢測(cè)到控制雄穗一級(jí)分枝數(shù)的QTL位點(diǎn).因此，7.02 bin也存在影響雄穗一級(jí)分枝數(shù)的重要基因.本研究也在第4和第7染色體發(fā)現(xiàn)了前人未檢測(cè)到的2個(gè)微效QTL位點(diǎn)qTBN-1和qTBN-3，其功能有待于進(jìn)一步驗(yàn)證.玉米雄穗一級(jí)分枝數(shù)是育種者選育品種時(shí)的重要性狀，少的雄穗一級(jí)分枝數(shù)意味著更高的產(chǎn)量，本研究在甜玉米背景下檢測(cè)到1個(gè)影響雄穗一級(jí)分枝數(shù)的主效QTL位點(diǎn)和1個(gè)前人有報(bào)道的QTL位點(diǎn)，為進(jìn)一步進(jìn)行玉米雄穗一級(jí)分枝數(shù)QTL的精細(xì)定位和甜玉米小雄穗分子標(biāo)記輔助選擇育種提供了基礎(chǔ)和依據(jù).

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【責(zé)任編輯周志紅】

QTL mapping for tassel primary branch number in sweet corn

ZHANG Zili，JIANG Feng，LIU Pengfei，CHEN Qingchun，ZHANG Yuan，WANG Xiaoming
(Crop Research Institute，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，China)

【Objective】To improve the tassel of maize.【Method】In this study，a cross between sweet corns inbred T4 and T19，which were significantly different in tassel primary branch number，was designed and QTLs for tassel primary branch number were identified in a whole genome with the methods of multiple interval mapping(CIM)based on 232 F2individuals.【Result and conclusion】A genetic linkage map composing of 77 simple sequence repeat(SSR)markers covering 868.7 cM with an average interval of 11.28 cM was constructed.Four QTLs for tassel primary branch number in chromosome 4，7，8 were detected，accounting for 5.08%-17.71%of phenotypic variance.The main QTLs were located on chromosome 8 which accounted for 17.71%of the total phenotypic variance.These QTLs provide the basis of marker-assisted selection for tassel primary branch number.

sweet corn;tassel primary branch number;multiple interval mapping;QTL

S513

A

1001-411X(2014)01-0110-04

張姿麗，蔣鋒，劉鵬飛，等.甜玉米雄穗一級(jí)分枝數(shù)QTL定位［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1)：110-113.

玉米是異花授粉作物，雄穗是玉米生殖生長過程中至關(guān)重要的器官，是與產(chǎn)量形成有關(guān)的重要農(nóng)藝性狀之一［1］.雄穗和雌穗均為生殖器官，共同競(jìng)爭(zhēng)光合產(chǎn)物，較大的雄穗將生產(chǎn)大量花粉，浪費(fèi)更多的能量，前人研究證明玉米雄穗大小與籽粒產(chǎn)量之間存在顯著負(fù)相關(guān)［2］，而雄穗分枝數(shù)是雄穗大小的主要決定因素.因此，剖析玉米雄穗分枝性狀的遺傳結(jié)構(gòu)、雜種優(yōu)勢(shì)等對(duì)保持父本的優(yōu)良雄穗性狀、指導(dǎo)玉米育種、促進(jìn)玉米生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義.

玉米雄穗性狀屬數(shù)量性狀，大量研究表明其為多基因控制［3］.隨著玉米分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展，QTL定位方法大量應(yīng)用于數(shù)量性狀的研究，借助QTL作圖，確定玉米雄穗分枝數(shù)的主要控制基因位點(diǎn)及這些基因之間的互作關(guān)系，能夠?qū)τ衩椎挠N改良提供實(shí)踐指導(dǎo)和理論依據(jù).Mickelson等［4］利用B73× Mo17群體對(duì)玉米雄穗分枝數(shù)和雄穗角度進(jìn)行了基因定位研究，共檢測(cè)到6個(gè)與雄穗分枝數(shù)相關(guān)的QTL，其中位于第2染色體umc53a附近的主效QTL位點(diǎn)，貢獻(xiàn)率達(dá)19.2%.湯華等［5］利用豫玉22的F2：3家系對(duì)玉米雄穗分枝數(shù)進(jìn)行QTL定位，檢測(cè)到9個(gè)相關(guān)QTL位點(diǎn).高世斌等［6］利用玉米組合(N87-1 ×9526)的F2：3家系，在干旱和正常2種環(huán)境條件下共同檢測(cè)到位于第5、7號(hào)染色體上控制雄穗分枝數(shù)目的多個(gè)QTL位點(diǎn).迄今為止，在不同遺傳背景、環(huán)境條件下檢測(cè)和定位到大量雄穗分枝數(shù)相關(guān)QTL［7-11］，研究結(jié)果不完全一致，QTL的穩(wěn)定性也很少得到鑒定.有必要進(jìn)一步發(fā)掘和鑒定玉米雄穗分枝數(shù)相關(guān)QTL，研究其分布和遺傳效應(yīng)以及穩(wěn)定性.

2013-02-21優(yōu)先出版時(shí)間：2013-11-07

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http:∥www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.S.20131107.1459.001.html

張姿麗(1979—)，女，講師，博士，E-mail:lily0501@gmail.com;通信作者:王曉明(1956—)，男，教授，碩士，E-mail:wxm1724@126.com

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研項(xiàng)目(201303008);廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012B020301006)