玉米Suwan種質(zhì)改良過(guò)程中的關(guān)鍵基因組區(qū)段發(fā)掘

李秀詩(shī) 吳 迅 吳文強(qiáng) 劉鵬飛 郭向陽(yáng) 王安貴 祝云芳 陳澤輝

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玉米Suwan種質(zhì)改良過(guò)程中的關(guān)鍵基因組區(qū)段發(fā)掘

李秀詩(shī) 吳 迅 吳文強(qiáng) 劉鵬飛 郭向陽(yáng) 王安貴 祝云芳 陳澤輝*

貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱糧研究所, 貴州貴陽(yáng) 550006

玉米Suwan種質(zhì)抗性好、適應(yīng)性強(qiáng)、籽粒品質(zhì)優(yōu), 在現(xiàn)代育種尤其是南方玉米育種中具有不可替代的作用。明確Suwan種質(zhì)優(yōu)良特性在改良過(guò)程中的遺傳機(jī)制對(duì)我國(guó)南方玉米生態(tài)區(qū)的玉米生產(chǎn)具有重要意義。本研究以Suwan 1 (Suwan 1C10)及其衍生群體(蘇蘭1號(hào)C0)不同改良世代為材料, 利用包含5.6萬(wàn)個(gè)SNP標(biāo)記的MaizeSNP50芯片對(duì)供試群體進(jìn)行基因型鑒定。遺傳分析發(fā)現(xiàn): Suwan 1群體不同改良世代間的基因組差異片段較少, 僅出現(xiàn)5個(gè), 其中4個(gè)出現(xiàn)在第11輪改良世代(Suwan 1 C11), 1個(gè)出現(xiàn)在第15輪改良世代(Suwan 1 C15); 蘇蘭1號(hào)不同改良世代間的基因組差異片段相對(duì)較多, 共有18個(gè), 其中8個(gè)在不同改良世代間穩(wěn)定遺傳; Suwan種質(zhì)改良形成蘇蘭1號(hào)群體的過(guò)程中, 共獲得43個(gè)Lancaster特異性遺傳片段, 其中35個(gè)在蘇蘭1號(hào)不同改良世代間穩(wěn)定遺傳。全基因組關(guān)聯(lián)分析共鑒定出16個(gè)與穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)的QTN, 分別位于第2、第3、第5、第6、第7、第8、第9染色體上, 其中SYN25713和SYN36577位于蘇蘭1號(hào)群體的Lancaster特異性遺傳片段內(nèi); 共檢測(cè)到13個(gè)控制穗長(zhǎng)相關(guān)的QTN, 分別位于第1、第2、第5、第7、第8、第9染色體上, 其中PZE-105143697位于蘇蘭1號(hào)群體的Lancaster特異性遺傳片段內(nèi)。該結(jié)果為后續(xù)全基因組關(guān)聯(lián)研究和分子標(biāo)記輔助選擇等提供了重要的理論依據(jù)。

玉米; 群體改良; 基因組特征; 全基因組關(guān)聯(lián)分析; 遺傳位點(diǎn)

Suwan 1群體是泰國(guó)Kasetsart大學(xué)通過(guò)引進(jìn)和鑒定世界各地玉米種質(zhì), 篩選出36份綜合性狀優(yōu)良的玉米材料, 在蘇灣農(nóng)場(chǎng)人工合成的熱帶玉米種質(zhì)群體。該種質(zhì)與巴西玉米群體及國(guó)際玉米小麥改良中心(CIMMYT)的熱帶晚熟群體配組均表現(xiàn)出較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì), 因此被緬甸、中國(guó)、印度、馬來(lái)西亞等國(guó)家引進(jìn)和應(yīng)用[1-2]。自Suwan 1群體引入中國(guó)后, 從中選育出了一批優(yōu)良自交系如S37、T32、蘇1611、QR273等, 在西南玉米生態(tài)區(qū)的育種及生產(chǎn)中具有極其重要的地位[3-4], 并組配出雅玉2號(hào)[5]、貴單8號(hào)[6]、金玉506[7]、會(huì)單4號(hào)[8]等優(yōu)質(zhì)玉米雜交種在我國(guó)西南區(qū)被大面積推廣應(yīng)用。

近年來(lái), 隨著高通量基因型鑒定技術(shù)的不斷發(fā)展, 研究者從分子水平上解析了溫帶玉米種質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)。如蘭進(jìn)好等[9]利用黃早四和Mo17構(gòu)建的F2:3群體, 基于SSR和ALFP標(biāo)記鑒定出一批控制穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等性狀的QTL; Wu等[10]利用包含56,110個(gè)SNP標(biāo)記的基因芯片對(duì)367份重要自交系的遺傳多樣性、群體結(jié)構(gòu)、親緣關(guān)系等進(jìn)行分析, 并結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析策略共定位到158個(gè)與株型相關(guān)性狀的SNP位點(diǎn); Yang等[11]利用B73、SICAU1212及其F2群體, 結(jié)合SSR標(biāo)記基因型進(jìn)行連鎖分析, 共定位到33個(gè)QTL與12個(gè)農(nóng)藝性狀相關(guān)。但是針對(duì)Suwan種質(zhì)的遺傳研究較少, 主要集中在表型數(shù)據(jù)或少數(shù)標(biāo)記的配合力分析、雜種優(yōu)勢(shì)分析和群體結(jié)構(gòu)分析等, 所揭示的信息量較為有限。如楊文鵬等[12]利用88個(gè)SSR標(biāo)記對(duì)貴州2000年來(lái)審定的玉米品種70份親本材料分析發(fā)現(xiàn), 泰國(guó)蘇灣熱帶種質(zhì)被分為一個(gè)亞群, 揭示出貴州以地方亞熱帶種質(zhì)和泰國(guó)蘇灣熱帶種質(zhì)為主要雜種優(yōu)勢(shì)群的玉米育種模式; 閆飛燕等[13]和番興明等[14]對(duì)熱帶、亞熱帶玉米種質(zhì)群體及自交系的配合力效應(yīng)和雜種優(yōu)勢(shì)分析表明, Suwan 1群體及其衍生自交系具有較高的一般配合力, Suwan 1×Ried是表現(xiàn)較好的雜優(yōu)模式之一; Zhang等[15]利用MaizeSNP50芯片對(duì)西南地區(qū)362份玉米自交系的群體結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn), 位于第2染色體130 Mb的一個(gè)區(qū)域遺傳多樣性較為豐富, 第7染色體30~120 Mb是S37在西南區(qū)玉米育種的一個(gè)保守區(qū)域; 陳澤輝等[16]利用屬Reid自交系和屬Tuxpeno自交系構(gòu)建人工合成群體墨瑞1號(hào), 用屬Suwan自交系、Mo17和78599構(gòu)建人工合成群體蘇蘭1號(hào), 并利用半同胞相互輪回選擇法進(jìn)行改良, 通過(guò)田間鑒定發(fā)現(xiàn)Reid-Tuxpeno×Lancaster-Suwan 可作為我國(guó)南方玉米雜種優(yōu)勢(shì)利用的重要模式之一。然而, 關(guān)于Suwan種質(zhì)改良的遺傳基礎(chǔ)以及在改良過(guò)程中是否存在一些重要遺傳區(qū)段等研究則屬于空白。因此, 本研究利用包含5.6萬(wàn)個(gè)標(biāo)記的MaizeSNP50芯片對(duì)Suwan及其衍生群體(蘇蘭1號(hào))不同改良世代進(jìn)行基因型鑒定, 基于高密度的基因型鑒定結(jié)果分析Suwan及其衍生群體不同改良世代之間的基因組演化特征; 結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析策略, 初步揭示Suwan種質(zhì)改良過(guò)程中的關(guān)鍵遺傳區(qū)段并明確其效應(yīng), 為玉米Suwan種質(zhì)改良利用和后續(xù)分子標(biāo)記輔助育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以玉米種質(zhì)群體Suwan 1 (Suwan 1 C10)、蘇蘭1號(hào)的不同改良世代為材料。其中, Suwan 1群體的第11輪(C11)是貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱糧研究所1992年從泰國(guó)的蘇灣農(nóng)場(chǎng)引進(jìn); 而Suwan 1群體的不同改良世代[第10輪(C10)、第12輪(C12)、第13輪(C13)、第15輪(C15)]則是課題組2014年從蘇灣農(nóng)場(chǎng)引進(jìn); 蘇蘭1號(hào)(SL1C0)是由蘇灣種質(zhì)與Lancaster種質(zhì)的優(yōu)良自交系的人工合成群體, 并通過(guò)3次半同胞相互輪回選擇法獲得SL1C1、SL1C2、SL1C3三輪改良世代[16]。供試材料系譜來(lái)源和類(lèi)群見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間鑒定 2017年春, 將Suwan 1及4個(gè)改良世代、蘇蘭1號(hào)及其3輪改良世代分別在貴州貴陽(yáng)(26.33°N, 106.64°E)、貴州大方(26.98°N, 105.66°E)和云南羅平(24.78°N, 104°E) 3個(gè)不同環(huán)境下進(jìn)行田間鑒定。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 3次重復(fù), 2行區(qū), 行長(zhǎng)5 m, 行距0.7 m, 每行定苗22株。按照常規(guī)生產(chǎn)條件進(jìn)行田間管理。參照石云素等編寫(xiě)的《玉米種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》調(diào)查表型[17], 即收獲后, 從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取10個(gè)果穗調(diào)查穗長(zhǎng)、穗行數(shù), 取平均值用于統(tǒng)計(jì)分析。

表1 供試材料系譜和類(lèi)群

Suwan-Lancaster 1簡(jiǎn)寫(xiě)為“SL1”。Suwan-Lancaster 1 is abbreviated as "SL1".

1.2.2 基因型鑒定 2016年冬, 在海南省三亞市九所鎮(zhèn)貴州南繁基地從Suwan 1及其衍生群體各改良世代中取樣。即在玉米大喇叭口時(shí)期, 首先依據(jù)植株高度將每個(gè)群體分為高、中、低3種類(lèi)型, 從每種類(lèi)型中取30株幼嫩葉片等量混合和提取DNA, 并采用Illumina公司開(kāi)發(fā)的MaizeSNP50芯片對(duì)所取樣本進(jìn)行基因型鑒定, 該芯片包括56,110個(gè)SNP標(biāo)記。參照Illumina 公司提供的操作指南檢測(cè)基因型。其中DNA提取和基因型鑒定工作均委托北京康普森生物科技有限公司完成。

1.3 表型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007和SAS 9.2軟件[18]的PROC UNIVARIATE和PROC GLM程序?qū)μ镩g統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和方差分析等。

1.4 候選遺傳區(qū)段鑒定

基于不同世代的基因型鑒定結(jié)果, 通過(guò)全基因組比較, 利用GGT32軟件鑒定出在各改良世代間穩(wěn)定遺傳和差異的候選區(qū)域。

1.5 全基因組關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)最小等位基因頻率MAF > 0.05且樣本缺失率< 20%的標(biāo)準(zhǔn)[19], 篩選出43,980個(gè)高質(zhì)量的SNP標(biāo)記, 利用TASSEL軟件的混合線性模型[20]對(duì)表型和基因型進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析。以< 0.0001為閾值, 鑒定出控制目標(biāo)性狀的關(guān)鍵QTN。在此基礎(chǔ)上, 利用生物信息分析手段, 借助公共數(shù)據(jù)庫(kù)的定位結(jié)果, 初步揭示出目標(biāo)區(qū)段的遺傳效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 穗長(zhǎng)和穗行數(shù)分析

隨著改良輪次的增加, 蘇蘭1號(hào)群體的穗長(zhǎng)增加, 從改良前的17.67 cm增長(zhǎng)到改良后的18.27 cm, 明顯高于Suwan 1群體(17.22 cm); 穗行數(shù)性狀變化較小, 但各世代間存在著明顯差異。供試群體在貴陽(yáng)、大方和羅平3個(gè)點(diǎn)的穗長(zhǎng)性狀的平均值分別為17.56、18.65和17.06 cm, 變異系數(shù)分別為6.21%、3.91%和4.92%; 穗行數(shù)性狀的平均值分別為15.07、14.93和14.45行, 變異系數(shù)分別為4.45%、2.82%和4.50% (表2), 說(shuō)明Suwan 1及其衍生群體各改良世代間穗長(zhǎng)和穗行數(shù)差異明顯。

2.2 基因組特征

在Suwan 1群體的不同改良世代中, 共鑒定出9個(gè)穩(wěn)定遺傳片段和5個(gè)差異遺傳片段(圖1)。說(shuō)明Suwan 1群體在改良過(guò)程中, 保持著群體內(nèi)豐富的遺傳變異, 其不同改良世代間基因發(fā)生交換重組的頻率較低, 僅出現(xiàn)5個(gè)差異遺傳片段, 其中4個(gè)出現(xiàn)在第11輪改良世代(Suwan 1 C11), 1個(gè)出現(xiàn)在第15輪改良世代(Suwan 1 C15), 其原因是Suwan 1 C11的引入時(shí)間較早, 與其他改良世代批次不同, 受到環(huán)境馴化和選擇發(fā)生基因漂移, 而且這9個(gè)穩(wěn)定遺傳片段可能在保持Suwan群體優(yōu)勢(shì)抗性、適應(yīng)性等熱帶種質(zhì)特征方面發(fā)揮作用。而其中的5個(gè)差異遺傳區(qū)段可能是Suwan種質(zhì)改良過(guò)程中的重組熱點(diǎn)區(qū)域, 可為后續(xù)的種質(zhì)改良提供依據(jù)。

在蘇蘭1號(hào)C0群體不同改良世代中, 共鑒定出26個(gè)穩(wěn)定遺傳片段和18個(gè)差異遺傳片段(圖2), 分別位于第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第9染色體上。其中, 第2、第5、第6染色體上的8個(gè)差異遺傳片段在其改良世代間穩(wěn)定出現(xiàn), 以第2染色體上的多態(tài)性最高。說(shuō)明蘇蘭1號(hào)群體在改良過(guò)程中, 不同改良世代間保持著群體內(nèi)豐富的遺傳變異, 少數(shù)基因發(fā)生交換重組, 獲得18個(gè)差異遺傳片段, 而且這些差異遺傳區(qū)段可能與蘇蘭1號(hào)群體改良世代間禿尖長(zhǎng)、行粒數(shù)等產(chǎn)量性狀特征方面發(fā)揮作用, 可為后續(xù)利用分子標(biāo)記輔助育種提供重要依據(jù)。

表2 9個(gè)供試群體穗長(zhǎng)和穗行數(shù)

Suwan-Lancaster 1簡(jiǎn)寫(xiě)為“SL1”。Suwan-Lancaster 1 is abbreviated as “SL1”.

圖1 Suwan 1群體不同改良世代間的基因組特征

特異性SNP標(biāo)記在染色體上的物理位置見(jiàn)附表1。

The physical location of the specific SNP markers on chromosome is shown in the Supplementary table 1.

基因組信息比對(duì)發(fā)現(xiàn), Suwan種質(zhì)改良形成蘇蘭1號(hào)群體的過(guò)程中, 共有53個(gè)區(qū)段來(lái)自Suwan群體和43個(gè)區(qū)段來(lái)自Lancaster種質(zhì)(圖3), 其中有35個(gè)Lancaster來(lái)源區(qū)段在蘇蘭1號(hào)C0群體不同改良世代間穩(wěn)定出現(xiàn), 分別位于第1、第3、第4、第5染色體, 說(shuō)明這些區(qū)域發(fā)生交換重組的頻率較高, 多態(tài)性較豐富。

2.3 全基因組關(guān)聯(lián)分析

共發(fā)掘出16個(gè)與穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)(<0.0001)的QTN (表3和圖4), 分別位于第2、第3、第5、第6、第7、第8、第9染色體上, 其中SYN25713和SYN36577分別位于蘇蘭1號(hào)群體的第4染色體Lancaster特異性遺傳區(qū)段212.79~243.52 Mb和第7染色體8.19~15.78 Mb范圍內(nèi)(附表3)。

圖2 蘇蘭1號(hào)群體不同改良世代間的基因組特征

特異性SNP標(biāo)記在染色體上的物理位置見(jiàn)附表2。

The physical location of the specific SNP markers on chromosome is shown in Supplementary table 2.

圖3 Suwan 1與蘇蘭1號(hào)不同改良世代間的基因組特征

特異性SNP標(biāo)記在染色體上的物理位置見(jiàn)附表3。

The physical location of the specific SNP markers on chromosome is shown in Supplementary table 3.

圖4 穗行數(shù)相關(guān)QTN

A和B分別代表曼哈頓圖和QQ圖。A and B represent Manhattan plot and QQ plot, respectively.

穗長(zhǎng)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果顯示，共發(fā)掘出13個(gè)與穗長(zhǎng)顯著關(guān)聯(lián)(< 0.001)的SNP位點(diǎn)(表4和圖5)，分別位于第1、第2、第5、第7、第8、第9染色體上，其中PZE-105143697 (196993540)位于蘇蘭1號(hào)群體的第5染色體Lancaster特異性遺傳區(qū)段157.32~ 197.94 Mb范圍內(nèi)(附表3)。

表4 穗長(zhǎng)顯著關(guān)聯(lián)的SNP位點(diǎn)

圖5 穗長(zhǎng)相關(guān)QTN

A和B分別代表曼哈頓圖和QQ圖。A and B represent Manhattan plot and QQ plot, respectively.

3 討論

3.1 Suwan種質(zhì)改良過(guò)程中的一些重要區(qū)段

群體改良是一種打破有利基因與不利基因連鎖, 使有利基因頻率得到提高, 從而改良玉米育種材料的過(guò)程[1,21]。如雍紅軍等[22]以遼旅綜、中綜3號(hào)、BSCB1等10個(gè)玉米群體改良雜交種吉單261的育種利用發(fā)現(xiàn), 供試群體具有改良雜交種性狀的利用價(jià)值, 能提高雜交種產(chǎn)量和穗行數(shù)的潛力; 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院將Lancaster種質(zhì)導(dǎo)入Suwan種質(zhì)形成蘇蘭1號(hào)群體, 與墨瑞1號(hào)群體進(jìn)行半同胞相互輪回選擇改良后, 形成新一輪改良群體組配群體雜交組合, 通過(guò)田間鑒定表明, 墨瑞1號(hào)C1×蘇蘭1號(hào)C1比墨瑞1號(hào)C0×蘇蘭1號(hào)C0的產(chǎn)量提高7.84%,群體間的平均雜種優(yōu)勢(shì)也從改良前的9.86%提高到改良后的16.29%[16]。李蘆江等[23]研究5輪控制雙親混合選擇對(duì)2個(gè)玉米人工合成窄基群體P3C0和P4C0的改良效果發(fā)現(xiàn), 控制雙親混合選擇對(duì)群體單株產(chǎn)量和主要構(gòu)成性狀及其一般配合力(GCA)改良效果明顯, 多數(shù)性狀及其GCA均大于C0, 但是當(dāng)選擇響應(yīng)到達(dá)最大以后, 持續(xù)改良會(huì)使群體的選擇增益下降, 甚至出現(xiàn)負(fù)增益。說(shuō)明群體在改良過(guò)程中, 其農(nóng)藝性狀會(huì)隨著改良輪次的增加呈現(xiàn)出不同的改良效應(yīng)。

本研究結(jié)果表明, 群體在改良過(guò)程中, 保持著群體內(nèi)豐富的遺傳變異, 不同改良世代間有少數(shù)基因發(fā)生交換重組, 其中在Suwan 1群體的改良世代中僅獲得5個(gè)差異遺傳片段, 蘇蘭1號(hào)C0群體改良世代中共獲得18個(gè)差異遺傳區(qū)段, 有8個(gè)在其不同改良世代間穩(wěn)定出現(xiàn)。另外, Suwan種質(zhì)改良形成蘇蘭1號(hào)群體的過(guò)程中, 共獲得53個(gè)來(lái)自Suwan群體的穩(wěn)定遺傳區(qū)段和43個(gè)來(lái)自Lancaster的差異遺傳區(qū)段, 而且有35個(gè)差異遺傳片段在蘇蘭1號(hào)C0群體及其改良世代間穩(wěn)定出現(xiàn)。說(shuō)明這些Suwan來(lái)源的穩(wěn)定遺傳區(qū)段可能在保持Suwan種質(zhì)優(yōu)勢(shì)性狀方面發(fā)揮作用, 所以在育種選擇中被保留下來(lái), 而Lancaster來(lái)源的差異遺傳區(qū)段則可能在改良Suwan種質(zhì)生育期長(zhǎng)、株高等性狀缺點(diǎn)方面起作用。這些研究結(jié)果從分子水平上解釋了蘇蘭1號(hào)群體在育種和生產(chǎn)中應(yīng)用與Suwan種質(zhì)存在差異的原因, 也為后續(xù)Suwan 1及其衍生群體(蘇蘭1號(hào))的改良利用提供了一定的理論支撐。

3.2 Suwan群體改良過(guò)程中候選區(qū)段的效應(yīng)

本研究共發(fā)掘出16個(gè)與穗行數(shù)顯著關(guān)聯(lián)的QTN位點(diǎn), 分別位于第2、第3、第5、第6、第7、第8、第9染色體上, 其中有2個(gè)位點(diǎn)(SYN25713和SYN36577)位于蘇蘭1號(hào)群體的Lancaster來(lái)源的遺傳區(qū)段內(nèi); 發(fā)掘出13個(gè)與穗長(zhǎng)顯著相關(guān)聯(lián)的QTN位點(diǎn), 分別位于第1、第2、第5、第7、第8、第9染色體上, 有1個(gè)位點(diǎn)(PZE-105143697)位于Lancaster來(lái)源的特異性遺傳區(qū)段內(nèi), 研究這些位點(diǎn)對(duì)理解玉米Suwan種質(zhì)遺傳機(jī)制有重要作用。與前人研究結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn), Lu等[24]利用B73/丹340的F2群體進(jìn)行QTL定位, 在第4染色體上檢測(cè)到(umc1294–bnlg1265)和(umc2188–umc1101), 與本文第4染色體上發(fā)掘出的2個(gè)穗行數(shù)QTN (PZE-104012465和SYN25713)位于同一位置, 這一結(jié)果與Yan等[25]的定位結(jié)果相一致。王輝等[26]利用鄭58/HD568構(gòu)建重組自交系群體進(jìn)行QTL定位, 檢測(cè)到(198.52~201.32 Mb)和(211.08~ 219.99 Mb)與本文在第3染色體發(fā)掘出的穗長(zhǎng)SNP標(biāo)記PZE-103146876 (199472604)和第4染色體發(fā)掘出的穗行數(shù)SNP標(biāo)記 SYN25713 (218657640)位于同一染色體區(qū)段的位點(diǎn); Zhou等[27]利用掖478/ SL17-1構(gòu)建群體進(jìn)行QTL定位, 在第7染色體上定位到多效性(umc1393–bnlg657)與本文在第7染色體發(fā)掘出的穗長(zhǎng)SNP標(biāo)記SYN19052 (125475003)所在標(biāo)記區(qū)間一致。說(shuō)明在這些區(qū)段內(nèi)含有控制相關(guān)性狀的基因位點(diǎn)且可靠性較高, 該區(qū)域在玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀改良過(guò)程中起到一定作用, 可以作為今后精細(xì)定位的候選區(qū)域。

4 結(jié)論

在Suwan種質(zhì)改良形成蘇蘭1號(hào)群體的過(guò)程中, 共發(fā)現(xiàn)53個(gè)Suwan來(lái)源的穩(wěn)定遺傳區(qū)段和43個(gè)Lancaster來(lái)源的差異遺傳區(qū)段, 這些區(qū)段內(nèi)存在控制穗行數(shù)和穗長(zhǎng)的QTN, 對(duì)于保持各自?xún)?yōu)勢(shì)性狀具有重要意義。該研究結(jié)果將為Suwan種質(zhì)改良過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)基因聚合提供很好的借鑒。

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附表1 Suwan 1群體不同改良世代的特異性標(biāo)記

Supplementary table 1 Specific markers for different improvement generations of Suwan 1 population

SNP染色體Chr.物理位置PositionSNP染色體Chr.物理位置Position SYN450135968064PZE-106016986632497838 PZE-1031041593164159285PZE-106016987632498979 PZE-106016953632495316PZE-106017115632905813 PZE-106016962632495710PZE-106017122632908494 PZE-106016971632496071PZE-1060992486152896893 PZA00540.3632496071PZE-1081139028163858777

附表2 蘇蘭1號(hào)群體不同改良世代的特異性標(biāo)記

Supplementary table 2 Specific markers for different improvement generations of Suwan-Lancaster 1 population

SNP染色體Chr.物理位置PositionSNP染色體Chr.物理位置Position PZE-1012056091253344590PZE-1021567312203902578 PZE-1012059651253895960SYN156453182660027 SYN68381297376850PZE-10501650647204051 PZE-10300852124666469PZE-106033525576988770 PZE-102060229238551101SYN2500668192709 PZE-102060230239031517PZE-1071261537163083361 PZE-102061400239748797PZE-109019803720222259 SYN269252200353907PZE-109051268985880947 SYN269292200359094PZE-109051619986414796 SYN105682200723525PZE-109052137986974491 SYN355892201246108

附表3 Suwan 1與蘇蘭1號(hào)不同改良世代間的特異性標(biāo)記

Supplementary table 3 Specific markers between Suwan 1 and Suwan-Lancaster 1 in different improved generations

SNP染色體Chr.物理位置PositionSNP染色體Chr.物理位置Position SYN1149113683507PZE-1041278544212788677 PZE-101054452138617583PZE-1041278554212788991 PZE-1011780051222370910PZE-1041529994243521349 PZE-1011920901237838603SYN2882557319620 PZE-1011921331237900682PZE-105051178543960922 PZE-1011926471238680213PZE-105051179543961044 PZE-1011955741242361972PZE-105051200543966297 PZE-1011955921242398910PZE-1050995165146942464 PZE-1011961471243255282PZE-1051016875152095801 PZE-1011967041244083020PZE-1051025575154315332 PZE-1011969401244512792PZE-1051449845197943057 PZE-1011970501244678601PZB02424.15199531408 SYN128811245242156SYN304685199531778 PZE-1011978561245308899PZA00540.3632496071 SYN150611261370341PZE-106016971632496071 PZE-102060229238551101PZE-106017115632905813 PZE-102060230239031517PZE-106017122632908494 SYN269252200353907SYN2500678192709 SYN269292200359094PZE-107018281715776884 SYN355892201246108PZE-1071261537163083361 PZE-103025362317738644SYN3421385090046 PZE-103056619368433447PZE-108010963811645850 PZE-1030682853108233400PUT-163a-78089347-42258169951365 PZE-1030768443123683053PUT-163a-78089347-42248169951478 PZE-1030838723135004208PZE-10900870399247324 SYN346854202660380SYN3636299247324 PZE-1041266914210495187PZE-109051619986414796 PZE-1041272484211708774PZE-1091019719141650742 PZE-1041278534212785374PZE-11008046710134211006

Excavation of main candidate genome regions in Suwan germplasm improvement process of maize

LI Xiu-Shi, WU Xun, WU Wen-Qiang, LIU Peng-Fei, GUO Xiang-Yang, WANG An-Gui, ZHU Yun-Fang, and CHEN Ze-Hui*

Upland Crops Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006, Guizhou, China

Suwan germplasm with good resistance, strong adaptability and excellent grain quality has played an irreplaceable role in modern breeding, especially in the southern of China. It is important to clarify the genetic mechanism of Suwan germplasm. In this study, modified generations of Suwan 1 (Suwan 1 C10) and its derived population (Suwan-Lancaster 1 C0) were used to be genotyped by using MaizeSNP50 chips containing about 56,000 SNP markers. There was a smaller genome differences among different improved generations for Suwan 1 population, with only five different inherited fragments identified, among which four appeared only in the 11th improved generation (Suwan 1 C11), one appeared only in the 15th improved generation (Suwan 1 C15). For Suwan-Lancaster1 population, among 18 different genetic fragments eight were stably inherited in different improved generations. A total of 43 specific genetic segments of Lancaster germplasm were obtained, among them 35 were stably inherited in different improved generations. Genome-wide association studies (GWAS) showed that 16 QTNs significantly associated with kernel row number were located on chromosomes 2, 3, 5, 6, 7, 8, and 9, respectively, among them SYN25713 and SYN36577 were located in the Lancaster specific genetic fragment of the Suwan-Lancaster 1 population. A total of 13 QTNs related to ear length were located on chromosomes 1, 2, 5, 7, 8, and 9, respectively, among them PZE-105143697 was located in the Lancaster specific genetic fragment. These results provide an important theoretical basis for the subsequent genome-wide association study and molecular marker assisted selection.

maize; population improvement; genome characteristics; genome-wide association study; genetic loci

2018-06-26;

2018-12-24;

2019-01-04.

10.3724/SP.J.1006.2019.83052

陳澤輝, E-mail: chenzh907@sina.com

E-mail: xsli1125@163.com

本研究由國(guó)家“七大作物育種”專(zhuān)項(xiàng)(2016YFD0101206-4), 黔農(nóng)科院自主創(chuàng)新科研專(zhuān)項(xiàng)字(2014)006, 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31760387), 黔科合支撐[2016]2605, [2016]2549, [2017]2507, [2018]2296和黔科合基礎(chǔ)[2017]1413資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0101206), the Innovation Program of QAAS (Special Character of Independent Innovation of Guizhou Academy of Agriculture [2014]006), the National Natural Science Foundation of China (31760387), the Science and Technology Support Project of Guizhou Province (Qiankehe support [2016]2605, [2016]2549, [2017]2507, and [2018]2296), the Science and Technology Project of Guizhou Province (Qiankehe Foundation) [2017]1413.

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.s.20181230.0843.002.html