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高产优质一直是玉米遗传和育种的主要研究方向,产量和品质性状都是由多基因控制、多种复杂相关组成性状构成的综合数量性状。虽然许多学者在普通玉米和高油玉米种质上进行了大量的籽粒产量和品质性状分子遗传研究,但是很少把普通玉米的高产量性状和高油玉米的优良品质性状结合起来研究产量和品质性状的分子遗传机制及其组成性状间的分子遗传相关。本研究利用选自亚里山索(ASK)群体的高油玉米自交系GY220,分别与两个优良普通玉米自交系8984和8622杂交构建了包含282个(Pop.1)和263个(Pop.2)重组近交系(RILs)的2个相关群体,同时在4种环境条件下进行田间试验,考察4个籽粒品质、8个穗粒和10个植株性状;采用SSR分子标记构建高密度遗传连锁图谱,利用复合区间作图法(CIM)对各性状进行不同环境条件下及合并分析的QTL定位及遗传效应分析;利用多区间作图法(MIM)分析定位QTL间的上位效应,并对主要穗粒性状进行多性状联合QTL分析;利用BioMercator 2.1软件整合2个相关RILs群体的遗传连锁图谱,采用元分析方法分别对籽粒品质、穗粒和植株性状进行“一致性”QTL分析。主要研究目的在于剖析玉米籽粒品质、穗粒、植株性状的分子遗传基础及其相关的遗传机制;揭示遗传背景对QTL定位结果的影响;筛选控制玉米籽粒品质、穗粒和植株性状的稳定主效QTL及其有效的分子标记,以期为高产优质玉米新品种选育、分子标记辅助选择,以及稳定主效QTL的精细定位和基因克隆提供依据和基础材料。主要实验和研究结果如下:1.选取均匀覆盖玉米基因组的666对SSR引物,分别进行GY220和8984、GY220和8622两对亲本多态性筛选,获得228对和217对共显性标记,构建了两张分别包含216个和208个标记的RILs群体遗传连锁图,Pop.1图谱总长2 285.3cM,平均间距为10.58cM;Pop.2图谱总长2 217.20cM,平均间距为10.66cM;利用BioMercator 2.1软件整合两张遗传图谱,获得的整合图谱包含313个SSR标记,平均距离7.51cM、总长2 349.90cM。2.两个相关RILs群体4个籽粒品质、8个穗粒和10个植株性状大多数性状的家系、环境及家系与环境互作均存在显著或极显著差异,各性状均表现出不同程度的超双亲分离并呈出连续正态分布;各性状的遗传力表现也不尽相同,大体上,籽粒品质性状中的赖氨酸,穗粒性状中的穗重、穗粒重和出籽率,植株性状中的叶向值等遗传力表现较小;2个RILs群体的各类性状间在不同环境条件下呈现出比较一致的相关关系,油分含量与蛋白含量和赖氨酸含量间均呈极显著正相关,淀粉含量与蛋白含量呈现极显著负相关;穗重、穗粒重与百粒重、穗长、行粒数、穗粗间,百粒重与穗粗、穗重间,穗长与行粒数、穗重间,穗粗与穗行数和穗重间都表现出极显著的正相关;株高与穗位高、顶高、雄穗长,穗位高与穗上叶片数,顶高与雄穗长,顶高株高比与顶高均呈现出极显著的正相关。3.两个相关RILs群体在4种环境条件下及合并分析检测到与4个籽粒品质性状、8个穗粒性状和10个植株性状相关的QTL分别为81个、173个和247个,其中9个、21个和48个QTL的贡献率大于10%,0个、5个和15个QTL的贡献率大于15%,3个、5个和4个QTL具有遗传背景及环境稳定性;定位QTL间互作较少,而且多数效应较小;多性状联合分析定位到各性状单独定位时没有检测出的新QTL,控制相关性状的QTL存在紧密连锁或一因多效等效应。4.通过元分析获得13个籽粒品质性状的“一致性”QTL(mQTL),包含65个QTL和单个QTL贡献率大于5%的47个QTL,分别占定位单个性状QTL的80.23%和58.02%;mqQTL1-1、mqQTL3-4、mqQTL6-1和mqQTL8-3是籽粒品质性状QTL的热点区域;mqQTL4-1和mqQTL6-1区段存在相同或相关代谢过程的候选基因,值得进一步对位于相关区段的籽粒油分含量的主效QTL进行精细定位,对akh1、bt2、gpc1、glt1、su1、su3、dgat1、dzs23、o14、su2、PG9、zSTSII-1和ploc1籽粒油分含量的候选基因实施同源克隆;mqQTL3-4、mqQTL5-1、mqQTL8-2、mqQTL8-3和mqQTL9-2包含控制籽粒淀粉含量和其它籽粒品质性状的QTL,控制籽粒淀粉含量的增效基因与其它3个籽粒品质性状的来源不同,可能是控制不同籽粒品质性状的紧密连锁基因或者多效性基因,其间分子遗传机制在于控制其QTL紧密连锁或一因多效。5.通过元分析获得22个穗粒性状的“一致性”QTL,包含152个QTL和单个QTL贡献率大于5%的102个QTL,分别占定位单个性状QTL的87.86%和58.96%;myQTL1-1、myQTL3-2、myQTL7-1、myQTL8-1、myQTL9-1和myQTL10-2是穗粒性状相关QTL的热点区域;myQTL1-1、myQTL6-1、myQTL6-2、myQTL8-2、myQTL8-3和myQTL9-2区段存在相同或相关代谢过程的候选基因,值得进一步对位于相关区段的百粒重、穗粒重、出籽率和穗长主效QTL进行精细定位,对Bx9、ACA1、ENO2、GAPC2、czog2、PG9、cko3、HPR和tgp候选基因实施同源克隆;myQTL1-2、myQTL5-2包含控制穗粗和穗长及行粒数和穗行数的QTL,增效基因来源不同,可能是控制穗长、行粒数与穗粗、穗行数的紧密连锁基因或者多效性基因,其间分子遗传机制在于控制其QTL紧密连锁或一因多效。6.通过元分析获得27个植株性状的“一致性”QTL,包含216个QTL和单个QTL贡献率大于5%的174个QTL,分别占定位单个性状QTL的87.44%和70.45%;mpQTL1-3、mpQTL2-2、mpQTL3-1、mpQTL3-2、mpQTL3-4和mpQTL8-2是植株性状QTL的热点区域;mpQTL1-1、mpQTL1-2、mpQTL1-4和mpQTL8-1区段存在相同或相关代谢过程的候选基因,值得进一步对位于相关区段的穗上叶数、叶向值和穗位高主效QTL进行精细定位,对LTP-2、COP11、SIP2-1、LPE1、ipk、rd1、tlr1、ct1和clm1等候选基因实施同源克隆;mpQTL5-1、mpQTL8-2包含控制株高和顶高株高比的QTL,增效基因来源不同,控制株高和顶高株高比的QTL是紧密连锁QTL或者多效性QTL,它们间的分子遗传机制在于控制其QTL紧密连锁或一因多效。7.玉米高产优质遗传育种研究应在剖分籽粒品质和穗粒性状组成因素的遗传及其相关的分子遗传基础上实施。籽粒油分含量与出籽率及籽粒蛋白质含量与穗重、穗粒重、百粒重、穗长、行粒数、出籽率呈显著或极显著负相关,籽粒淀粉含量与穗重、穗粒重、百粒重、行粒数、出籽率呈现显著或极显著正相关;第1、3和8染色体包含控制籽粒品质和穗粒性状的QTL,增效基因来源不同,控制籽粒品质和穗粒性状的QTL呈现出紧密连锁或多效性,其间分子遗传机制在于控制其QTL紧密连锁或一因多效;累积和渗入bin 1.05(umc1603)和bin 3.04-3.05的百粒重,bin 7.02-7.03的百粒重、穗长和行粒数,以及bin 9.02-9.05穗粒重和籽粒淀粉含量等产量相关性状的QTL可以提高玉米产量而不降低籽粒品质;累积和渗入bin 6.03-6.04的籽粒油分含量和蛋白质含量QTL可以提高籽粒油分含量而不降低玉米产量。