玉米籽粒含水量相關(guān)性狀QTL定位

李露露　張磊　崔敏　鄧德祥　劉歡歡　任姣姣　李志鵬　印志同

摘要：玉米籽粒含水量與玉米機(jī)械化收獲密切相關(guān)。定位玉米成熟后籽粒含水量相關(guān)性狀位點(diǎn)對(duì)利用分子標(biāo)記輔助選擇開展宜機(jī)械化收獲玉米品種選育和克隆相關(guān)基因具有指導(dǎo)意義。利用RA×M53重組自交系為試驗(yàn)材料，在2個(gè)大田種植條件下，測(cè)定玉米成熟后籽粒含水量以及與籽粒含水量相關(guān)的果穗苞葉數(shù)、苞葉長等性狀，利用已構(gòu)建的遺傳圖譜進(jìn)行數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）分析，共檢測(cè)到15個(gè)相關(guān)的QTL，LOD值為2.52～6.71，其中，位于第1、6、9號(hào)染色體上的qGm1-1、qGm6-1、qBl9-1、qGm9-1在2個(gè)環(huán)境下均穩(wěn)定表達(dá)。

關(guān)鍵詞：玉米;重組自交系;籽粒含水量;數(shù)量性狀位點(diǎn)

中圖分類號(hào)： S513.03文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）09-0093-03

由于我國農(nóng)村勞動(dòng)力向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)種植方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，玉米機(jī)械化收獲已成為發(fā)展方向。玉米成熟后的籽粒含水量與玉米籽粒機(jī)械化收獲密切相關(guān)。籽粒的含水量過高，直接進(jìn)行機(jī)收脫粒，不僅籽粒易破損，導(dǎo)致產(chǎn)量損失，還增加了烘干成本[1-2]。研究表明，玉米籽粒適宜機(jī)收的含水量應(yīng)低于27%，但我國目前生產(chǎn)上應(yīng)用的大多數(shù)玉米品種成熟后的籽粒含水量在30%～40%之間[3]。因此，迫切需要選育成熟后籽粒含水量較低的玉米品種。

玉米成熟后籽粒含水量在不同品種間存在遺傳差異。劉思齊等以東北地區(qū)最有代表性的4個(gè)玉米品種為試材[4]，對(duì)籽粒含水量相關(guān)性狀比較分析發(fā)現(xiàn)，先玉335籽粒含水量最低，果穗風(fēng)干速度快，適合機(jī)收。隨著分子標(biāo)記和數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）定位技術(shù)發(fā)展，目前已發(fā)現(xiàn)超過40個(gè)與玉米籽粒含水量相關(guān)的QTL[5-9]。但含水量相關(guān)性狀是復(fù)雜的數(shù)量性狀，受遺傳材料和環(huán)境的影響較大，已有的定位結(jié)果不盡一致，只有在多個(gè)環(huán)境和多種遺傳材料中都穩(wěn)定表達(dá)的QTL對(duì)育種工作才具有較大利用價(jià)值。另外，玉米雌穗的苞葉特征影響籽粒含水量。苞葉層數(shù)少、長度適中而蓬松的玉米品種生育后期籽粒脫水速率快，成熟后的籽粒含水量通常較低[10-11]。迄今，同時(shí)定位籽粒含水量和苞葉性狀QTL的研究還比較少。

本研究以1套包含242份家系的玉米重組自交系群體為材料，在2個(gè)大田種植條件下，同時(shí)定位成熟后玉米籽粒含水量、苞葉數(shù)和苞葉長等性狀QTL，并與其他研究結(jié)果進(jìn)行比較，以期發(fā)現(xiàn)影響籽粒含水量的關(guān)鍵QTL，為利用分子標(biāo)記輔助選擇開展宜機(jī)械化收獲玉米品種選育和克隆相關(guān)基因提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以玉米自交系RA和M53為親本配制組合，從F2代采用單粒傳法連續(xù)自交，構(gòu)建了一套包含242個(gè)家系的重組自交系群體。該群體的SSR圖譜全長1 367 cM，包含916個(gè)分子標(biāo)記，標(biāo)記間平均距離1.5 cM，較好地覆蓋了玉米的10條染色體[12]。

1.2 田間試驗(yàn)及表型鑒定

2015年冬季在海南省江蘇南繁中心、2016年春在江蘇省揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)田分別種植RA×M53重組自交系群體。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)2次，單行區(qū)，每行種植10株，行長3 m，行距0.55 m，株距0.25 m。田間水肥管理同常規(guī)大田。

為了減少玉米生育期以及環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)造成的影響，在玉米雌穗未吐絲前選擇生長一致的植株套雌穗，待花絲抽出后，統(tǒng)一進(jìn)行人工授粉，掛牌標(biāo)記授粉日期[13]。授粉后 45 d 對(duì)統(tǒng)一授粉植株進(jìn)行田間觀察，選取苞葉黃度一致、乳線移近籽?；康挠衩坠脒M(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)[14]。2015年挑選了符合上述標(biāo)準(zhǔn)的194個(gè)家系，2016年挑選了177個(gè)符合上述標(biāo)準(zhǔn)的家系。選取的家系每行隨機(jī)取3株標(biāo)記植株，用艾格瑞水分儀SH-02（深圳市艾格瑞儀器有限公司）測(cè)定標(biāo)記的植株籽粒含水量，重復(fù)2次。摘取對(duì)應(yīng)標(biāo)記植株玉米果穗，由外向內(nèi)撥開苞葉，計(jì)數(shù)苞葉張數(shù)。用直尺量取撥開苞葉的長度。

1.3 數(shù)據(jù)處理及玉米籽粒含水量相關(guān)QTL定位

本研究運(yùn)用SPSS 25.0對(duì)重組自交系群體的各性狀進(jìn)行表型描述性分析和相關(guān)分析。每個(gè)性狀計(jì)算各家系平均值進(jìn)行QTL定位。采用R軟件的QTL軟件包，復(fù)合區(qū)間作圖法，結(jié)合分子標(biāo)記和表型數(shù)據(jù)，以LOD閾值為2.5、逐步回歸概率P<0.001、步進(jìn)區(qū)間為1 cM進(jìn)行加性QTL定位。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒含水量相關(guān)性狀表型分析

分別對(duì)親本RA、M53和重組自交系群體成熟后的籽粒含水量、苞葉數(shù)、苞葉長度等性狀進(jìn)行測(cè)定。通過比較2個(gè)親本表型發(fā)現(xiàn)，所調(diào)查的3個(gè)性狀均存在顯著差異（表1）。從重組自交系群體調(diào)查的性狀頻數(shù)分布來看，均出現(xiàn)一定數(shù)量的超親類型，且是雙向超親分離，呈近似正態(tài)分布，2年均呈現(xiàn)類似的特征，表明這些性狀為多基因控制的數(shù)量性狀（圖1）。

相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，果穗苞葉數(shù)、苞葉長與籽粒含水量均存在極顯著的正相關(guān)（表2），2年表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。表明這2個(gè)性狀對(duì)玉米的籽粒含水量有一定程度的影響。基于這2個(gè)性狀與含水量間的相關(guān)關(guān)系，有必要進(jìn)一步研究它們的遺傳特性。

2.2 成熟后籽粒含水量相關(guān)QTL定位結(jié)果

利用R軟件的QTL復(fù)合區(qū)間作圖法在全基因組范圍對(duì)重組自交系群體在2015年海南和2016年揚(yáng)州的苞葉數(shù)、苞葉長度、成熟后的籽粒含水量3個(gè)性狀進(jìn)行QTL定位。2年共計(jì)定位到15個(gè)QTL，這些QTL分別位于1、3、4、5、6、7、9染色體上，其中2015年海南定位到11個(gè)QTL，2016年揚(yáng)州定位到8個(gè)QTL，2年共同定位到的QTL有4個(gè)。

2個(gè)環(huán)境共檢測(cè)到7個(gè)與苞葉長相關(guān)的QTL（表3），分別為qBl1-1、qBl3-1、qBl4-1、qBl5-1、qBl7-1、qBl7-2、qBl9-1，解釋的表型變異為2.34%～10.25%。其中在2016年揚(yáng)州定位到的qBl3-1表型貢獻(xiàn)率達(dá)到了10.25%。位于9號(hào)染色體上的qBl9-1在2015海南和2016揚(yáng)州2個(gè)環(huán)境下穩(wěn)定表達(dá)，由來自母本RA的等位基因起增效作用，可解釋的表型變異為2.34%～5.50%。

2個(gè)環(huán)境共檢測(cè)到4個(gè)與苞葉數(shù)相關(guān)的QTL（表3），分別為qBs1-1、qBs3-1、qBs4-1、qBs6-1，可解釋的表型變異為1.14%～6.34%，除了qBs4-1是由父本的等位基因起增效作用，其余的3個(gè)QTL都由母本的等位基因起增效作用。

2個(gè)環(huán)境共檢測(cè)到4個(gè)與成熟后籽粒含水量相關(guān)的QTL位點(diǎn)（表3），分別為qGm1-1、qGm4-1、qGm6-1、qGm9-1，這些QTL可解釋的表型變異為2.19～9.28%。其中位于1、6、9號(hào)染色體上與含水量相關(guān)的qGm1-1、qGm6-1、qGm9-1在2015海南和2016揚(yáng)州2個(gè)環(huán)境下都能夠穩(wěn)定表達(dá)。qGm1-1、qGm9-1由來自母本RA的等位基因起增效作用，qGm6-1由來自父本M53的等位基因起增效作用。

3 討論與結(jié)論

已有研究表明，玉米的苞葉數(shù)、苞葉長度與成熟后籽粒含水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，苞葉數(shù)目越多、越長，成熟后籽粒含水量相對(duì)越高[10-11]。本研究在2年測(cè)得的苞葉數(shù)、苞葉長度與成熟后籽粒含水量呈極顯著正相關(guān)，與已有研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)控制苞葉長的qBl4-1與控制含水量的qGm4-1置信區(qū)間重疊;控制苞葉數(shù)的qBs6-1與控制含水量的qGm6-1置信區(qū)間重疊，說明控制他們的基因是一因多效或是在染色體上緊密連鎖。在新品種選育上可以適當(dāng)選育苞葉少且短的玉米品種。

本研究發(fā)現(xiàn)4個(gè)在2年環(huán)境中都穩(wěn)定表達(dá)的QTL，分別為qBl9-1、qGm1-1、qGm6-1、qGm9-1。其中，qGm9-1與Sala等定位的與籽粒含水量相關(guān)的QTL9/34置信區(qū)間重疊[7]，因此，該QTL可能具有較大研究利用價(jià)值，可作為今后利用分子標(biāo)記輔助選擇培育籽粒含水量低玉米品種或克隆相關(guān)基因優(yōu)先考慮的位點(diǎn)。本研究檢測(cè)到的其他QTL定位區(qū)間與前人不重疊，原因可能與試驗(yàn)材料、試驗(yàn)環(huán)境有關(guān)，也可能是因?yàn)檫@些區(qū)間包含新的與籽粒含水量相關(guān)的QTL位點(diǎn)。

數(shù)量性狀的表達(dá)是個(gè)體基因型和環(huán)境條件協(xié)同作用的結(jié)果。本研究定位到的QTL可解釋的遺傳變異較小，最高的僅為10.25%，這可能與玉米籽粒含水量相關(guān)性狀遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜，且受溫度、密度、降水、濕度等環(huán)境因素影響有關(guān)[15]。

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