基于圖像分析的玉米抗擬輪枝鐮孢穗腐病的QTL定位

聞競(jìng)，沈彥岐，王梓鈺，李世界，莫藍(lán)月，雷宇豪，張艷，韓四平

基于圖像分析的玉米抗擬輪枝鐮孢穗腐病的QTL定位

聞競(jìng)，沈彥岐，王梓鈺，李世界，莫藍(lán)月，雷宇豪，張艷，韓四平

吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所，長(zhǎng)春 130033

【】玉米穗腐病是一種在全世界廣泛發(fā)生且危害嚴(yán)重的真菌性病害，其中，擬輪枝鐮孢引起的穗腐?。╡ar rot，F(xiàn)ER）在中國(guó)發(fā)生最為普遍。通過(guò)圖像分析方法進(jìn)行FER抗病QTL定位，并對(duì)前期通過(guò)病害評(píng)級(jí)方法定位的FER抗病QTL進(jìn)行驗(yàn)證，探索一種新的玉米穗腐病的病害鑒定方法，為玉米穗腐病的遺傳改良提供依據(jù)。利用高感FER的自交系（ZW18）分別與3個(gè)高抗自交系（承351、丹598和吉V203）構(gòu)建F2群體（F2-C、F2-D和F2-J）和相應(yīng)的F2﹕3家系，通過(guò)圖像分析的方法獲得每個(gè)F2﹕3家系的果穗病斑百分比，進(jìn)而定位玉米FER抗病QTL。3個(gè)群體共定位到18個(gè)FER抗病QTL，其中，分別位于2.02—2.03 bins、4.06—4.07 bins和8.06 bin上的3個(gè)QTL（、和）可解釋的表型變異率分別高達(dá)21.80%、25.80%和27.40%。F2-J群體的與F2-C群體的和F2-D群體的在第1染色體均有重疊區(qū)間，可解釋的表型變異率達(dá)到16.50%。來(lái)自F2-D群體的與F2-J群體的在第8染色體8.05 bin有重疊區(qū)間，且抗性基因均來(lái)源于抗性親本。F2-C群體的與F2-J群體的在第4染色體4.06—4.07 bins有重疊區(qū)間。另外，與之前通過(guò)病害評(píng)級(jí)方法定位的結(jié)果相比，、和在1.06—1.07 bins與評(píng)級(jí)方法定位的抗病位點(diǎn)重合，和5在4.06—4.07 bins與評(píng)級(jí)方法定位的抗病位點(diǎn)和重疊，與在2.04 bin的定位區(qū)間完全重合，與在S2重復(fù)中定位到9.03—9.05 bins的重疊區(qū)間，且來(lái)源于相同的抗源。定位到18個(gè)FER抗性位點(diǎn)，其中，位于1.04—1.07 bins、4.06—4.07 bins和8.05 bin上的抗病位點(diǎn)在不同群體中均可以被檢測(cè)到，位于2.04 bin和9.03—9.05 bins上的抗病位點(diǎn)用不同的檢測(cè)方法可以被檢測(cè)到，表明在這些區(qū)間可能存在FER的抗性位點(diǎn)。QTL的定位區(qū)間在不同群體中的重疊性在一定程度上驗(yàn)證了定位區(qū)間的真實(shí)性，不同方法之間定位到重疊區(qū)間，說(shuō)明利用圖像分析方法定位FER抗病QTL具有一定的準(zhǔn)確性。

玉米；擬輪枝鐮孢穗腐?。豢剐?；QTL

0 引言

【研究意義】玉米是糧飼兼用作物，又是重要的工業(yè)原料，在中國(guó)糧食安全保障體系中占有舉足輕重的地位。病蟲(chóng)害是中國(guó)玉米生產(chǎn)的主要限制因子，每年造成的產(chǎn)量損失占總產(chǎn)的10%以上，嚴(yán)重威脅到中國(guó)的糧食安全。玉米穗腐病是一種在全世界廣泛發(fā)生且危害嚴(yán)重的真菌性病害[1-4]，也是中國(guó)各個(gè)玉米產(chǎn)區(qū)的主要病害。一般年份玉米穗腐病的發(fā)病率為10%—20%，嚴(yán)重年份可達(dá)30%—40%，感病品種的發(fā)病率高達(dá)50%左右[5]，而且其發(fā)病程度呈逐年加重的趨勢(shì)。玉米穗腐病不僅會(huì)引起果穗腐爛而導(dǎo)致直接減產(chǎn)，而且有些病原菌還會(huì)在被侵染的籽粒中產(chǎn)生大量的有害毒素，嚴(yán)重影響畜牧業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)而威脅人類的身體健康和生命安全[6-7]。因此，定位玉米抗穗腐病主效QTL、發(fā)展分子標(biāo)記，為抗病分子育種服務(wù)，無(wú)論在抗病理論探索還是育種實(shí)踐應(yīng)用上都具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】玉米穗腐病的致病菌種類繁多，國(guó)內(nèi)外報(bào)道有40多種，這些病原菌可以單獨(dú)或者復(fù)合侵染引起發(fā)病[8-9]。目前已報(bào)道的玉米穗腐病的主要致病菌包括鐮孢菌（spp.）、木霉菌（spp.）、青霉菌（spp.）、曲霉菌（spp.）、平臍蠕孢菌（spp.）和鏈格孢菌（spp.）等[10-12]。不同國(guó)家及地區(qū)玉米穗腐病病原菌種類及優(yōu)勢(shì)種類差異明顯，國(guó)內(nèi)外報(bào)道不盡一致，而且不同區(qū)域環(huán)境下，穗腐病的主要致病菌存在差異[13-15]。已有研究結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)玉米穗腐病的病原菌主要以擬輪枝鐮孢（）和禾谷鐮孢（）為優(yōu)勢(shì)種，分別引起擬輪枝鐮孢穗腐?。╡ar rot，F(xiàn)ER）和禾谷鐮孢穗腐?。╡ar rot，GER），其中，F(xiàn)ER在中國(guó)發(fā)生最為普遍[16-21]。目前，國(guó)內(nèi)外已利用多種方法開(kāi)展對(duì)FER抗病QTL的定位研究[22-30]。有研究利用重組自交系進(jìn)行QTL定位，定位到的抗性QTL位于第3、4、5、6染色體[31]。也有研究結(jié)果顯示在3.04 bin可能含有多個(gè)抗病基因[32]。通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析，在第4染色體上定位到了FER的抗病QTL，表型變異率達(dá)18%[33]。也有研究通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析與基因組預(yù)測(cè)相結(jié)合的方法，將FER的抗病QTL定位在第3、7、9、10染色體上[34]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】現(xiàn)有的針對(duì)玉米穗腐病的防治措施（如噴施殺菌劑、翻耕、間混作等化學(xué)防治和耕作措施）效果均不理想[35]。另外，玉米籽粒直收已成為玉米育種的方向，而籽粒直收過(guò)程中，無(wú)法對(duì)發(fā)生穗腐病的果穗進(jìn)行剔除。機(jī)械化收獲的不斷推進(jìn)，將會(huì)對(duì)品種穗腐病抗病方面的要求變得更為嚴(yán)苛。因此，培育和推廣抗病品種成為目前亟需解決的問(wèn)題。然而，目前還沒(méi)有可以直接用于分子育種的抗穗腐病遺傳穩(wěn)定的QTL或者基因被報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)借助圖像處理軟件計(jì)算果穗病斑面積的百分率獲得群體的病害數(shù)據(jù)進(jìn)行玉米FER抗病QTL的定位，探索一種新的玉米穗腐病抗性鑒定方法，同時(shí)對(duì)前期通過(guò)病害評(píng)級(jí)方法定位的FER抗病QTL進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

植物材料：高感FER的自交系ZW18分別與高抗FER的玉米自交系承351、丹598和吉V203構(gòu)建3個(gè)F2群體（F2-C、F2-D和F2-J）和F2﹕3家系，F(xiàn)2群體大小分別為124、200和176（圖1）。前期已分別構(gòu)建3個(gè)F2群體的遺傳連鎖圖譜，總遺傳距離分別為2 754.2、1 862和2 086.1 cM，平均每?jī)蓚€(gè)相鄰標(biāo)記之間的遺傳距離分別為5.91、4.22和3.75 cM。在構(gòu)建遺傳連鎖圖譜時(shí)將感病親本的基因型設(shè)為“1”，抗病親本的基因型設(shè)為“2”。F2群體的F2﹕3家系用于玉米FER的病害鑒定。

病原菌：擬輪枝鐮孢（）由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)徐明良教授提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間設(shè)計(jì) 將親本自交系和3個(gè)F2群體的F2﹕3家系分別種植于吉林省公主嶺地區(qū)和松原地區(qū)2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)設(shè)置2個(gè)重復(fù)。每份材料的每個(gè)重復(fù)種植1行，行長(zhǎng)5 m，行距0.6 m，株距0.25 m，每行種植21株。

1.2.2 病原菌的培養(yǎng) 將擬輪枝鐮孢菌接種到PDA培養(yǎng)基平板上，在培養(yǎng)箱中28℃培養(yǎng)約1周，待菌絲長(zhǎng)滿平板，4℃保存待用。取40 g綠豆加入適量水煮沸20 min，過(guò)濾后加入20 g蔗糖，1 g KH2PO4，定容至1 L，121℃高壓蒸汽滅菌30 min，冷卻后4℃保存?zhèn)溆?。?/2板已培養(yǎng)好的帶菌平板中的培養(yǎng)基切成0.25 cm2的小塊放入500 mL 5%綠豆煎汁液體培養(yǎng)基中，28℃ 150 r/min震蕩培養(yǎng)2 d，過(guò)濾菌絲，收集孢子置于4℃保存?zhèn)溆?。在接種前一天，用無(wú)菌蒸餾水配制成濃度為5×106個(gè)/mL的孢子懸浮液。在孢子懸浮液中加入表面活性劑吐溫-80，吐溫-80在孢子懸浮液中濃度為2 μl·mL-1，混勻。

A：承351；B：丹598；C：吉V203；D：ZW18 A: Cheng351; B: Dan598; C: JiV203; D: ZW18

1.2.3 人工接種 根據(jù)往年經(jīng)驗(yàn)，接種的最佳時(shí)期為玉米吐絲后12 d，用注射器在果穗中部注射2 mL孢子懸浮液，接菌后用手指輕捏傷口處，防止菌液外流。

1.2.4 病害鑒定 在玉米成熟期（吉林省公主嶺和松原9月下旬）進(jìn)行田間發(fā)病調(diào)查。將各接種處理的玉米果穗剝?nèi)グ~，并對(duì)每個(gè)重復(fù)中的每個(gè)F2﹕3家系的所有果穗發(fā)病最嚴(yán)重的部位拍照，拍照設(shè)置比例尺，保證每張圖片中玉米籽粒的大小一致，然后利用Photoshop軟件處理圖片。首先利用磁性套索工具將玉米果穗從圖片中分離，利用魔棒工具選中病斑位置，并用綠色填充；隨后選擇反向，選中果穗的未發(fā)病部位，將其填充為紅色。分別選中果穗發(fā)病和未發(fā)病的部位，點(diǎn)擊“分析”，選擇“數(shù)據(jù)測(cè)量”，記錄測(cè)量結(jié)果中各部分的面積大小，計(jì)算每個(gè)重復(fù)中每個(gè)F2﹕3家系全部玉米果穗的發(fā)病面積占總面積的百分比（圖2）。以每個(gè)F2﹕3家系中所有個(gè)體的病害鑒定值的均值作為對(duì)應(yīng)的F2個(gè)體的病害鑒定值。

1.2.5 方差分析方法 利用R軟件進(jìn)行表型的方差分析，采用=μ+α+β+()+εGLR的模型。其中：α表示基因型的效應(yīng)，β表示環(huán)境的效應(yīng)，()表示基因型和環(huán)境的互作效應(yīng)，表示殘差效應(yīng)。

1.2.6 QTL初定位方法 采用F2群體進(jìn)行玉米抗穗腐病QTL的初定位。表型數(shù)據(jù)采用4個(gè)重復(fù)（G1、G2、S1、S2）、每個(gè)地點(diǎn)2個(gè)重復(fù)的平均值（G、S）和最佳線性無(wú)偏估計(jì)值（best linear unbiased estimation，BLUE）的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合F2群體的遺傳連鎖數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)利用WinQTLCart軟件[36]采用復(fù)合區(qū)間作圖法（composite interval mapping，CIM）[37]進(jìn)行玉米抗穗腐病QTL的掃描，LOD值的閾值采用排列測(cè)驗(yàn)的方法由軟件自動(dòng)產(chǎn)生，其中排列測(cè)驗(yàn)的次數(shù)為300，顯著水平為0.05。

A：原圖；B：去除背景的玉米果穗圖片；C：用不同顏色標(biāo)注病斑和未發(fā)病部位的圖片；D：數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果

2.1 表型分析

對(duì)定位群體的材料進(jìn)行玉米穗腐病抗性的鑒定。人工接種擬輪枝鐮孢菌后，在公主嶺的第1個(gè)重復(fù)（G1）中親本自交系承351、丹598、吉V203和ZW18的發(fā)病面積百分比分別為0、0、0和49.22%；在公主嶺的第2個(gè)重復(fù)（G2）中親本自交系承351、丹598、吉V203和ZW18的發(fā)病面積百分比分別為0、0、0和82.26%；在松原的第1個(gè)重復(fù)（S1）中親本自交系承351、丹598、吉V203和ZW18的發(fā)病面積百分比分別為0、0、1.30%和63.85%，在松原的第2個(gè)重復(fù)（S2）中親本自交系承351、丹598、吉V203和ZW18的發(fā)病面積百分比分別為0、2.40%、0和55.38%。在F2群體中，對(duì)玉米抗穗腐病的抗性沒(méi)有呈現(xiàn)雙峰的分布（圖3），說(shuō)明玉米對(duì)穗腐病的抗性不是由單基因控制的，而是由數(shù)量抗性位點(diǎn)控制的。

2.2 玉米穗腐病抗性的方差分析

對(duì)由抗病親本承351、丹598和吉V203分別與感病親本ZW18構(gòu)建的F2群體（F2-C、F2-D和F2-J）的不同重復(fù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，每個(gè)群體中不同重復(fù)間的發(fā)病水平基本相當(dāng)?？共∮H本（承351、丹598和吉V203）在不同的地點(diǎn)不同重復(fù)中均表現(xiàn)一定的抗性，感病親本ZW18均表現(xiàn)明顯感病。根據(jù)F2-C、F2-D和F2-J群體在不同重復(fù)的表型數(shù)據(jù)估算的FER抗性遺傳力分別為0.63、0.29和0.56（表1）。方差分析結(jié)果表明，在F2-C群體中，不同基因型之間和不同地點(diǎn)之間的FER抗性存在顯著性差異，另外，基因型與環(huán)境之間的互作效應(yīng)顯著。在F2-D群體和F2-J群體中，不同基因型之間和不同地點(diǎn)之間的FER抗性存在顯著性差異（表2）。另外，3個(gè)F2群體的殘差的偏度分析結(jié)果表明殘差符合正態(tài)分布（表2和圖4）。

A：F2-C；B：F2-D；C：F2-J。G1：公主嶺第1個(gè)重復(fù)；G2：公主嶺第2個(gè)重復(fù)；S1：松原第1個(gè)重復(fù)；S2：松原第2個(gè)重復(fù)。下同

表1 親本及F2群體的發(fā)病面積百分比分析結(jié)果

G1：公主嶺第1個(gè)重復(fù)；G2：公主嶺第2個(gè)重復(fù)；S1：松原第1個(gè)重復(fù)；S2：松原第2個(gè)重復(fù)。下同

G1: 1streplicate in Gongzhuling; G2: 2ndreplicate in Gongzhuling; S1: 1streplicate in Songyuan; S2: 2ndreplicate in Songyuan. The same as below

表2 人工接種擬輪枝鐮孢菌后玉米穗腐病抗性的方差分析

G：基因型；L：地點(diǎn)；R：重復(fù)；G:L：基因型與環(huán)境間的互作；Residuals：殘差效應(yīng)

G: Genotype; L: Location; R: Replicate; G:L: Interaction between genotype and environment; Residuals: Residual effect

A：F2-C；B：F2-D；C：F2-J

2.3 玉米FER抗病QTL的定位

利用3個(gè)F2群體（F2-C、F2-D和F2-J）對(duì)玉米FER抗病QTL進(jìn)行了定位，WinQTLCart經(jīng)過(guò)300次排列測(cè)驗(yàn)之后生成相應(yīng)的LOD閾值，共定位到18個(gè)抗性QTL。利用F2-C群體共定位到5個(gè)抗性QTL，分別位于1.04—1.06 bins、2.02—2.03 bins，4.06—4.07 bins、8.06 bin和8.07—8.08 bins。其中、、和的抗性等位基因來(lái)源于抗病親本承351，的表型變異率最大，為26.00%—27.40%；的抗性等位基因來(lái)源于感病親本ZW18，解釋了7.1%的表型變異率（圖5-A和表3）。利用F2-D群體定位到5個(gè)抗性QTL，分別位于1.07 bin、2.04 bin、3.03—3.04 bins、8.05—8.06 bins和10.06 bin。其中、、和的抗性等位基因來(lái)源于抗病親本丹598，單個(gè)QTL的表型變異率為7.94%—12.32%；的抗性等位基因來(lái)源于感病親本ZW18，表型變異率為10.82%（圖5-B和表3）。利用F2-J群體定位到8個(gè)抗性QTL，分別位于1.06—1.07 bins、3.04—3.05 bins、3.06—3.07 bins、4.01—4.03 bins、4.05—4.07 bins、8.03—8.05 bins、9.03—9.05 bins和9.06—9.07 bins。其中、、和的抗性等位基因來(lái)源于抗病親本吉V203，的表型變異率最大，達(dá)到17.96%；、、和的抗性等位基因來(lái)源于感病親本ZW18，表型變異率最大的為，達(dá)到13.46%（圖5-C和表3）。另外，已定位到的18個(gè)QTL由加性效應(yīng)和顯性效應(yīng)共同遺傳（表3）。

3個(gè)F2群體在第1和第8染色體均定位到抗性QTL。其中，F(xiàn)2-C群體的與F2-J群體的在1.06 bin（e1178476—e1188929）有重疊區(qū)間，F(xiàn)2-D群體的與F2-J群體的在1.07 bin（e1197737—e1200620）區(qū)間重疊。這3個(gè)QTL除的抗性等位基因來(lái)源于感病親本ZW18外，與的抗性等位基因均來(lái)源于抗性親本。F2-C群體的在BLUE中被定位，F(xiàn)2-J群體的在S2重復(fù)中被定位。與和均有重疊區(qū)間，可解釋的表型變異率達(dá)到16.50%，說(shuō)明可能是FER的抗病“熱點(diǎn)”。另外，3個(gè)F2群體在第8染色體上均有定位區(qū)間。其中，來(lái)自F2-D群體的與F2-J群體的在8.05 bin（e8130926—e8144487）有重疊區(qū)間。在BLUE中被定位，表型變異率為10.85%；在S重復(fù)中被定位，表型變異率為8.15%。二者的抗性等位基因均來(lái)源于抗性親本。此外，F(xiàn)2-C群體的與F2-J群體的在第4染色體4.06—4.07 bins（e4168742—e4171651）有重疊區(qū)間。在G1和BLUE中被定位，可解釋的表型變異率分別為25.80%和19.60%；在G2和S2中被定位，可解釋的表型變異率分別為17.96%和8.16%。

前期利用病害評(píng)級(jí)的方法進(jìn)行抗病QTL定位，共挖掘到20個(gè)抗病位點(diǎn)，其中，位于1.03 bin、1.04—1.07 bins、2.04—2.08 bins、4.05—4.08 bins、6.03—6.06 bins和7.01—7.02 bins上的6個(gè)位點(diǎn)在不同的群體中都能檢測(cè)到，說(shuō)明這6個(gè)位點(diǎn)可能是擬輪枝鐮孢穗腐病的抗病“熱點(diǎn)”[38]。利用圖像分析的方法共定位到18個(gè)抗病QTL，其中，、和在1.06—1.07 bins與評(píng)級(jí)方法定位的抗病位點(diǎn)重合（表4）。在S1和S2同時(shí)被定位到，在S2中的表型變異率為16.73%，同樣在S2群體中定位到，表型變異率為16.50%，二者的表型變異率極為接近，且抗性等位基因均來(lái)源于抗性親本吉V203，均受加性效應(yīng)的影響。此外，利用圖像分析的方法定位到的和5在4.06—4.07 bins與評(píng)級(jí)方法定位的抗病位點(diǎn)和重疊[38]（表4）。和5在G1、G2、S2和BLUE重復(fù)中被定位，可解釋的表型變異率為8.16%—25.8%；和在G1、G2、G和BLUE重復(fù)中被定位，可解釋的表型變異率為12.02%—21.81%。2種方法定位到的位點(diǎn)表型變異率差異不大，抗性等位基因均來(lái)源于抗性親本承351和吉V203，均受加性效應(yīng)的影響。與在2.04 bin的定位區(qū)間完全重合，的表型變異率為7.94%，的表型變異率為7.02%，二者的表型變異率差異不大，且均在BLUE重復(fù)中定位到，抗性等位基因均來(lái)源于抗性親本丹598，受加性效應(yīng)的影響[38]（表4）。另外，與也同時(shí)在S2重復(fù)中定位到9.03—9.05 bins的重疊區(qū)間，二者的表型變異率分別為3.61%和4.10%，抗性等位基因均來(lái)源于感病親本ZW18[38]（表4）。利用圖像分析的方法定位到的抗性位點(diǎn)與病害評(píng)級(jí)法定位的QTL有重疊區(qū)間，說(shuō)明該方法較為可靠，定位結(jié)果的準(zhǔn)確性較高。、、、和定位到的抗性QTL用不同的方法均可定位到，說(shuō)明這5個(gè)位點(diǎn)可能是擬輪枝鐮孢穗腐病的抗病“熱點(diǎn)”。

表3 玉米FER抗病QTLs及其參數(shù)

G：G1和G2的平均值；S：S1和S2的平均值；BLUE：最佳線性無(wú)偏估計(jì)值。下同

G: Average of G1 and G2; S: Average of S1 and S2; BLUE: Best linear unbiased estimation. The same as below

A：F2-C；B：F2-D；C：F2-J。G：G1和G2的平均值；S：S1和S2的平均值；BLUE：最佳線性無(wú)偏估計(jì)值

表4 利用評(píng)級(jí)法分析的玉米FER抗病QTL及其參數(shù)

3 討論

在以往的玉米穗腐病病害調(diào)查中，大多采用的是病情分級(jí)的方式（《玉米抗病蟲(chóng)性鑒定技術(shù)規(guī)范，NY/T 1248.8—2016》）。該種鑒定方法是根據(jù)病斑所占的百分比進(jìn)行人為評(píng)級(jí)，存在一定的主觀因素，而且同一評(píng)級(jí)的發(fā)病面積占果穗總面積的比例的范圍較大[39-40]。以9級(jí)為例，發(fā)病面積占果穗總面積的51%—100%均定為9級(jí)，同一等級(jí)的果穗發(fā)病面積百分比可能會(huì)有較大差異。因此，單從評(píng)級(jí)水平無(wú)法精確評(píng)價(jià)果穗的真實(shí)發(fā)病情況。為了探索一種新的玉米FER的病害鑒定方法，本研究采用對(duì)發(fā)病果穗的圖片通過(guò)軟件分析并計(jì)算出發(fā)病面積所占的百分比的方法獲取病害數(shù)據(jù)。該種方法雖然工作量相對(duì)較大，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，操作較為繁瑣，但可以精確計(jì)算不同果穗的發(fā)病面積所占的百分比。

本研究共定位到18個(gè)FER抗性位點(diǎn)，其中位于1.04—1.07 bins、4.06—4.07 bins和8.05 bin上的抗病位點(diǎn)在不同的群體中均可以檢測(cè)到，位于2.04 bin和9.03—9.05 bins上的抗病位點(diǎn)用不同的檢測(cè)方法可以檢測(cè)到，說(shuō)明在這些區(qū)間可能會(huì)存在FER的抗性位點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外已有一些關(guān)于玉米穗腐病有效QTL位點(diǎn)的研究報(bào)道。有研究以BT-1和N6為親本構(gòu)建了250個(gè)重組自交家系材料，定位到的抗性QTL位于4.06 bin，本研究也得到了相同的結(jié)果[31]。此外，有研究結(jié)果表明在3.04—3.05 bins、9.04 bin、9.05 bin、9.06—9.07 bins均有QTL與FER抗性顯著相關(guān)，這些區(qū)域與本研究中、和的定位區(qū)間重疊[22-28,33]。但也有研究結(jié)果顯示定位到的FER抗性QTL在1.01 bin、5.05 bin、5.08 bin、5.09 bin、7.02—7.04 bins、9.00—9.01 bins和10.03—10.04 bins，本研究并未找到與之重疊的QTL[23-25,29-30,32-34,41]。與前期利用病害評(píng)級(jí)的方法進(jìn)行的抗病QTL的定位結(jié)果相比，有多個(gè)QTL的定位區(qū)間重疊，、、、和分別與之前通過(guò)病害評(píng)級(jí)的方法定位到的、、、和20的定位區(qū)間重疊，而且來(lái)源于相同的抗源[38]。以上QTL的定位區(qū)間的重疊性在一定程度上驗(yàn)證了其真實(shí)性，但是還需要通過(guò)精細(xì)定位和遺傳效應(yīng)分析進(jìn)一步驗(yàn)證以上QTL對(duì)玉米FER的抗病功能。在2種定位方法中有未能同時(shí)定位到的QTL，可能是由于2種方法在發(fā)病情況的表型鑒定方面存在差異，從而造成定位偏差。在本研究中定位到的18個(gè)QTL中，來(lái)源于抗病親本承351的、和可解釋的表型變異率分別可高達(dá)21.80%、25.80%和27.40%，而且可在不同處理的表型數(shù)據(jù)的定位中檢測(cè)到。后期對(duì)、和的精細(xì)定位、遺傳效應(yīng)分析以及功能基因的克隆將對(duì)玉米FER的抗病遺傳改良提供重要的遺傳資源和理論參考。然而，在本研究中并未定位到可以在所有不同處理的表型數(shù)據(jù)（G1、G2、S1、S2、G、S和BLUE）中均能定位到的QTL。根據(jù)前期報(bào)道，玉米穗腐病的遺傳機(jī)制非常復(fù)雜[42]，而且發(fā)病對(duì)環(huán)境條件非常敏感[43-44]，所以很難在不同的環(huán)境條件下獲得較為一致的群體病害數(shù)據(jù)，從而影響對(duì)抗病QTL的定位結(jié)果。因此，對(duì)于玉米穗腐病這樣的復(fù)雜的數(shù)量性狀，可通過(guò)與不同的方法的結(jié)合進(jìn)行功能位點(diǎn)挖掘，比如全基因組關(guān)聯(lián)分析，轉(zhuǎn)錄組分析、代謝組分析等。

4 結(jié)論

共定位到18個(gè)FER抗病QTL。其中，不同的群體均存在相同的定位區(qū)間，與、有重疊區(qū)間，與在8.05bin有重疊區(qū)間，與在4.06—4.07bins重疊。另外，、、、和分別與之前通過(guò)病害評(píng)級(jí)的方法定位到的、、、和20的定位區(qū)間重疊，而且來(lái)源于相同的抗源。QTL的定位區(qū)間在不同的群體中可以檢測(cè)到，利用不同的定位方法也可以檢測(cè)到，說(shuō)明這些重疊區(qū)間可能存在FER的抗性位點(diǎn)。不同群體中和不同方法中的重疊性在一定程度上驗(yàn)證了定位區(qū)間的真實(shí)性，也說(shuō)明利用圖像分析的方法進(jìn)行FER抗病QTL定位的可行性。

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QTL Mapping of Resistance toEar Rot in Maize Based on Image Analysis

WEN Jing, SHEN YanQi, WANG ZiYu, LI ShiJie, MO LanYue, LEI YuHao, ZHANG Yan, HAN SiPing

Institute of Agricultural Biotechnology, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun 130033

【】Ear rot in maize is a kind of fungal disease that is prevalent and giving serious threat to maize production worldwide, among which,ear rot (FER) is the most commonly reported in China. The location of FER disease resistance QTL is very important for the genetic improvement of maize ear rot. Locating FER disease-resistant QTL by an image analysis method not only explores a new disease evaluation method for FER in maize, but also validated the FER resistance QTLs located in the early stage through the disease rating method. 【】In this study, three F2populations (namely F2-C, F2-D and F2-J) and their corresponding F2:3families were used for QTL mapping of resistance to FER, which were constructed from a highly FER-susceptible inbred line ZW18 and three highly FER-resistant inbred lines (Cheng 351, Dan 598 and JiV203) respectively. The percentage of diseased spots was obtained by image analysis for the ears of F2:3families, then the FER resistance QTLs were mapped.【】18 FER resistance QTLs were mapped. Among them,,andlocated in 2.02-2.03 bins, 4.06-4.07 bins and 8.06 bin explained the phenotypic variation as high as 21.80%, 25.80% and 27.40%, respectively. Theof the F2-J population and theof the F2-C population and theof the F2-D population all have an overlapping interval, and the explainable phenotypic variation rate reached 16.50%. Thefrom the F2-D population and thefrom the F2-J population have an overlapping interval in 8.05 bin, and thefrom the F2-C population and thefrom the F2-J population have an overlapping interval in the 4.06-4.07 bins of 4thchromosome.In addition, compared with the results of the previous positioning by the disease rating method,,andoverlap with the disease resistance sitelocated by the rating method at 1.06-1.07 bins, andandat 4.06-4.07 bins and the resistance location located by the rating method. The disease siteandoverlap,andcompletely overlap in the 2.04 bin location interval,andare located in the overlap interval of 9.03-9.05 bins in the S2 duplication, and are derived from the same source of resistance.【】The 18 FER resistance sites located in 3 populations, among which the resistance sites located in 1.04-1.07 bins, 4.06-4.07 bins and 8.05 bin can be detected in different populations, located in 2.04 bin and 9.03-9.05 bins can be detected by different detection methods, indicating that FER resistance sites may exist in these intervals. The overlap of QTL positioning intervals in different populations verifies the authenticity of the positioning intervals to a certain extent. The overlapping intervals are located between different methods, indicating that the image analysis method is used to locate FER disease-resistant QTLs with certain accuracy.

maize;; resistance; QTL

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.13.003

2020-12-09；

2021-01-18

中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金吉林省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究專項(xiàng)（202002072JC）、2020年吉林省預(yù)算內(nèi)基本建設(shè)資金（2020C019-4）

聞競(jìng)，E-mail：jlruby1988@126.com。通信作者韓四平，E-mail：hansp@cjaas.com

（責(zé)任編輯 李莉）