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穗行数是玉米重要的产量构成因素,与玉米产量呈显著正相关。在玉米的驯化和遗传改良过程中,穗行数受到强烈的选择。作为重要的数量性状,穗行数受到微效多基因位点的控制,同时穗行数的发育是玉米花序发育的重要环节,受花序发育相关基因的调控。本研究利用513个自交系的关联分析群体,和三个多亲本的连锁分析群体,对玉米穗行数形成的遗传基础进行解析。采用全基因组选择的预测模型,结合关联分析的结果,探究关联分析在重要数量性状全基因组选择中的应用,评估对自交系群体和杂交种的穗行数全基因组预测的准确性,以及群体结构对全基因组预测的影响。对检测到的一个控制玉米穗行数的主效QTL KRN4,采用图位克隆的策略,通过对KRN4的精细定位和克隆,研究KRN4的功能性变异位点,建立KRN4位点的分子进化模式。主要结果如下:1.全基因组关联分析共鉴定到31个与穗行数显著关联的SNPs位点,位于17个不同的基因组片段内。连锁遗传定位,鉴定到33个穗行数QTLs,可归纳为21个一致性QTLs。研究发现控制玉米穗行数变异的位点主要为加性和部分显性的,具有较大的遗传效应。70%的穗行数显著关联位点位于前人报道或本研究检测到的QTL中。2.全基因组预测发现,玉米自交系和杂交种的穗行数可用加性模型准确预测,并且使用穗行数显著关联的tag SNP位点的预测效果,显著优于使用全基因组随机标记的预测效果。仅需300个与穗行数相关的Top tag SNPs,即可对玉米自交系和杂交种穗行数准确预测,预测值与观察值的相关性高于可达0.78。3.利用图位克隆策略,我们将一个控制玉米穗行数的主效QTL KRN4定位到3-Kb的基因间区段,该区段位于一个控制玉米穗行发育的关键基因Unbranched3的下游60Kb处。在这3-Kb区段中,两亲本间存在约1.2-Kb插入/缺失的差异(1.2-Kb PAV),其中包含两段Harbinger转座子片段。用KRN4与UB3不同基因型组合的重组家系及38份自交系为材料,研究KRN4、UB3及穗行数三者间的关系,证明了KRN4通过调节UB3基因的表达来调控玉米穗行数的变异。通过对UB3::Mu突变体的遗传分析,以及UB3表达量和表型的关系,我们认为UB3负调控玉米的穗行数、雄穗分枝数。4.候选区段的关联分析发现,KRN4区段的1.2-Kb PAV与穗行数显著关联,为KRN4的功能性变异位点。前人报道的UB3中的A/G SNP(S35),在本研究的关联分析群体中同样被检测到与穗行数显著关联。在精细定位群体中,S35位点的遗传效应较弱,但是S35与1.2-Kb PAV遗传互作具有更大的遗传效应。5.分子进化分析发现,1.2-Kb PAV在玉米的驯化和改良过程中受到强烈选择,优良等位基因频率在现代玉米自交系中被显著提高。S35为现代玉米改良过程中新产生的突变位点。1.2-Kb-PAV-S35的最优单倍型Hap1,在温带玉米遗传改良中被选择和富集,而在热带玉米种质资源中仍为稀有等位基因。本研究所鉴定的与穗行数显著关联的位点及穗行数QTL,为利用现代分子育种技术改良玉米穗行数提供了重要的理论基础。同时,对主效QTL KRN4的精细定位和克隆有利于深入认识玉米产量性状形成的分子机制。