玉米穗行数、雄穗分枝数及叶片冠层结构性状的QTL定位

发布时间：2020-11-20 12:09

　　玉米是我国第一大粮食作物,用途广泛,在保障国家粮食安全中起着重要作用。玉米产量主要由单位面积有效穗数、穗粒数和粒重三因素构成。解析与产量因素相关农艺性状的遗传基础,对玉米遗传改良,促进玉米高产育种有重要的意义。利用以玉米骨干自交系Mo17为受体亲本,大刍草MT1(Zea mays ssp.mexicana)为供体亲本构建的高世代回交群体,对玉米第2染色体短臂上的穗行数主效QTL和雄穗分枝数主效QTL展开精细定位,为玉米穗行数和雄穗分枝数QTL的克隆和分子机理研究奠定了基础。同时,利用实验室前期以玉米骨干自交系B73和糯玉米地方种四路糯自交系SICAU1212为亲本构建的RIL群体,对玉米植株8个叶位的叶夹角、叶宽和叶长性状进行QTL定位,为实现不同冠层水平上进行玉米理想株型设计提供理论基础。同时主要结果如下:1.通过对Mo17×MT1的BC_3F_2代导入系群体的筛选,鉴定到一份穗行数与受体亲本Mo17有显著差异的导入系729。通过利用729自交衍生得到的BC_3F_3和BC_3F_(3:4)群体在第2染色体短臂检测到两个连锁的穗行数QTL,分别命名为qKRN2.1和qKRN2.2,其中qKRN2.1定位在标记M11和M13之间,染色体区间3 Mb,qKRN2.2定位在标记M17和M18之间,染色体区间8 Mb,增效基因都来自于Mo17;通过构建sub-NILs对穗行数QTL进行效应分析发现,qKRN2.1和qKRN2.2同时存在时能使Mo17穗行数降低约2.5行,qKRN2.1单独存在时能使穗行数降低约1.0行,qKRN2.2单独存在时能使穗行数降低约1.0行。同时构建了针对qKRN2.1的BC_3F_5群体,从1800粒的群体中筛选到28个交换单株,通过子代测验,将qKRN2.1缩小在标记M23和M27之间的区间内,物理距离约为288 kb,该区间内包含17个基因。2.利用导入系729自交衍生的BC_3F_(3:4)群体第2染色体短臂检测到一个雄穗分枝数主效QTL,命名为qTBN2.1,位于在标记M1和M2之间,染色体区间2 Mb,增效基因来自MT1。通过在群体中选择含有qTBN2.1片段的单株连续回交Mo17两次,并自交一次,得到BC_5F_2群体。利用238个BC_5F_(2:3)进行QTL重定位,发现qTBN2.1位于这一区间的分子标记InDel-1和InDel-9之间,LOD=45.9,PVE=64.0%,加性效应值为-1.51;同时筛选2000个单株的BC_5F_2群体,获得76个重组单株。通过在云南和四川两个环境下的子代测验,将qTBN2.1定位于标记InDel-4和InDel-5之间,两者的物理距离约为5.5 kb,只包含一个基因。3.通过利用B73×SICAU1212为亲本构建的RIL群体,采用单环境QTL定位和联合环境定位两种策略,对玉米植株雄穗下连续8个节位的叶夹角、叶长和叶宽性状QTL定位,分别检测到15、27和16个与叶夹角、叶宽和叶长相关的QTL。其中,单个QTL的PVE(%)变异幅度为0.39%到24.77%,单个QTL控制的对应性状节位数变异幅度为1到8。例如,在这些检测到的QTL中,qLA2-1同时控制所有8个节位的叶夹角,而qLA2-2只控制雄穗下第一叶的叶夹角(1stLA),检测到控制单个节位叶夹角的QTL数变化范围为4(7thLA)到11(1stLA),能解释的表型变异率变异幅度为15.69%(8thLA)到51.73%(1stLA)。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S513
【部分图文】：

片段,基因型鉴定,代换系,定位分析

图 2-1 导入系 729 和 Mo17 的穗行数比较-1 The comparison of kernel row number between 729 and Mo17N 表示单株数，**表示达到极显著差异水平认导入系 729 含有 MT1 的导入片段位置和数目，从片段代换系所用的分子标记中选择分布于玉米基因标记（见附录 1）对导入系 729 进行基因型鉴定。结片段导入，分别位于第 2、3、6、8 和 9 染色体（如两个片段导入，Mo17 背景恢复率达到 90%。此外，是纯合 MT1 基因型外，其他的都是杂合基因型，所交后代 BC3F3群体用于 QTL 定位分析。

连锁图谱,全基因组,片段,单株

图 2-2 729 的全基因组导入片段Figure 2-2 The graphic genotype showing the introgression segments of 729黑色表示 Mo17 基因型，蓝色表示 MT1 基因型，红色表示杂合基因型。Black boxe in the graphical genotype represents the genomic segments from Mo17, blue boxrepresents genomic segments from MT1, red box means heterozygote2.2.2 qKRN2 的定位和遗传效应分析导入系 729 单株自交获得 BC3F3分离群体，包含 122 个单株，随后各个单株自交得到 BC3F3：4群体。利用鉴定基因型所得到的标记信息，同时在第 2 染色体短臂新加密了 12 个标记（见表 2-1），构建了第二染色体短臂的局部连锁图谱。利用 BC3F3单株穗行数表型数据进行 QTL 定位，在第二染色体短臂定位到1 个穗行数 QTL，命名为 qKRN2，基因组其他杂合区域并没检测到穗行数 QTL

QTL定位,群体,基地,定位区间

图 2-3 BC3F3和 BC3F3：4群体中穗行数 QTL 定位Figure 2-3 QTL analysis in BC3F3and BC3F3：4population表 2-3 穗行数 QTL 定位结果Table 2-3 Parameters of the KRN QTL identified in BC3F3and BC3F3：4population群体 QTL 定位区间 LOD PVE(%) 加性效应A显性效应D显性度D/ABC3F3 qKRN2 M16-M17 11.44 37.4 0.80 -0.23 -0.28BC3F3:4qKRN2.1 M11-M13 9.78 31.76 0.49 -0.10 -0.20qKRN2.2 M17-M18 9.64 34.05 0.52 0.1 0.19为进一步对 qKRN2.1 和 qKRN2.2 位点进行研究，，我们将 BC3F3群体中的不同类型的交换单株经自交，同时借助分子标记选择，将这两个位点分离，发展为不同类型的 sub-NILs，具体分为 4 种类型：1）同时包含 qKRN2.1 和 qKRN2.2；2）只包含 qKRN2.1；3）只包含 qKRN2.2；4）只包含已知基因 zfl2。2016 年 6月和 2017 年 1 月分别河南农科院原阳基地和四川农业大学西双版纳基地两个环
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