玉米穗扁平相关性状的QTL定位

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玉米(Zea mays L.)除了作为粮食作物外,还在牲畜饲料和工业原料等方面被充分利用。玉米的产量关乎我国粮食安全、玉米产业延伸的进程以及其他相关产业的发展。因此,充分提高玉米的产量是玉米育种者研究的关键所在。玉米穗扁平表现为玉米的雌穗较为膨大,且顶部不呈圆形,而是呈类似于椭圆的形状。玉米雌穗可以储存有机物,是主要的收获器官。而玉米雌穗的穗型与穗粗、穗行数相关,所以影响着玉米产量。研究穗扁平度及其与其他穗部性状的关系,可以有效改良穗型进而提高玉米产量。但是,对于玉米穗扁平相关性状的QTL研究还很少。为了探究穗扁平相关性状的遗传机制,本研究通过选择穗部性状差异显著的自交系Yi16和B73进行杂交得到的236个F2单株和216个F2:3家系为材料,对穗扁平相关性状进行了QTL定位。本研究的主要结果有:1.F2:3群体穗扁平相关性状的相关性F2:3群体在两个地点的各个穗扁平相关性状之间的相关性是一致的。除了四对组合(穗扁平度与百粒重、轴扁平度与百粒重、轴粗与穗长、轴粗与百粒重)之间的相关系数不显著之外,其他所有性状间相关系数均达到显著或极显著水平。特别是七对组合(穗扁平度与轴扁平度、穗扁平度与穗行数、轴扁平度与轴粗、轴扁平度与穗行数、穗粗与轴粗、穗粗与穗行数、轴粗与穗行数)之间的相关系数都在0.339与0.682之间,表明这些性状之间达到中度相关水平。因此,适度地增加雌穗的扁平程度有助于在玉米育种中提高玉米的产量。2.遗传连锁图谱使用表型差异较大的两个玉米自交系Yi16和B73进行杂交得到的F2群体为作图群体,通过筛选覆盖了整个玉米基因组的10条染色体几乎所有区域的1020个随机的SSR引物,将最终得到的218对多态性SSR标记用于构建遗传连锁图谱。该图谱总长度为2769.3c M,标记间平均距离为12.70c M。每条染色体的标记数量为16-34对,平均每条染色体上有21.8对。3.F2群体中控制穗扁平相关性状的QTL在F2群体中,共检测出16个控制穗扁平相关性状的QTL,LOD值的范围为3.10-8.14,解释表型变异率的范围为6.7%-16.7%。对于轴扁平度,共检测出四个QTL,其中的三个QTL(q CF4a、q CF4b和q CF4c)是主效QTL,解释表型变异率范围为10.4%-16.7%。对于轴粗,共检测出三个QTL,其中有一个QTL(q CD2)是主效QTL,解释表型变异率为11.1%。对于穗行数,共检测出三个QTL,其中有一个QTL(q KRN1)是主效QTL,解释表型变异率为11.8%。QTL基因作用方式多为加性效应和部分显性效应,43.75%的QTL有利等位基因来源于父本Yi16。4.F2:3群体中控制穗扁平相关性状的QTLF2:3群体在歇马(XM)和合川(HC)两个环境下,共检测出34个控制穗扁平相关性状的QTL,LOD值的范围为3.02-9.04,解释表型变异率范围为7.2%-18.5%。对于穗扁平度,共检测出6个QTL,其中q EF4-XM和q EF4-HC位于第4号染色体上的共同区间umc1940-umc1631内,分别解释表型变异的14.9%和13.4%。此外,q EF1-XM也是一个主效QTL,解释表型变异率为11.8%。对于轴扁平度,共检测出6个QTL,其中q CF1-XM和q CF1-HC位于第1号染色体上的共同区间umc1568-umc1976内,分别解释表型变异的13.7%和10.8%;q CF4-XM和q CF4-HC位于第4号染色体上的共同区间umc1940-umc1631内,分别解释表型变异的18.5%和15.8%;q CF7-XM和q CF7-HC位于第7号染色体的共同区间umc2092-umc1881内,解释表型变异率均为7.5%。对于轴粗,共检测出7个QTL,其中q CD4-XM和q CD4-HC位于第4号染色体上的共同区间umc1573-umc1532内,分别解释表型变异的10.1%和7.3%;此外,q CD1-HC和q CD2-HC也都是主效QTL,分别解释表型变异的11.3%和10.9%。对于穗行数,共检测到9个QTL,其中q KRN4a-XM和q KRN4a-HC位于第4号染色体上的共同区间umc1940-umc1631内,分别解释表型变异的15.9%和17.4%;此外q KRN4b-XM、q KRN4c-XM、q KRN4b-HC、q KRN7-HC都是主效QTL,解释表型变异率范围为12.8%-16.0%。对于百粒重,共检测出4个QTL,其中q HKW7-XM和q HKW7-HC位于第7号染色体的共同区间umc1241-umc1545内,分别解释表型变异的7.6%和9.1%。QTL基因作用方式多为加性效应和部分显性效应,其中64.71%的QTL有利等位基因来源于父本Yi16。5.不同世代、不同环境检测出的QTL在所有检测出的QTL中,在两个世代和两个环境下均检测出的一致性QTL有3个,分别为q CF1、q CF4、q KRN4a,分别位于1、4、4号染色体,LOD值的范围为3.49-9.04,解释表型变异率的范围为8.2%-18.5%,共同的标记区间分别为umc1568-umc1976、umc1940-umc1631、umc1940-umc1631,两个标记之间的遗传距离为10.8c M、2.4c M、2.4c M。其中,在位于bin4.09处的标记区间umc1940-umc1631内,同时检测出了控制多个穗扁平相关性状的主效QTL,是本研究所讨论的重点区域。
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