玉米主要农艺性状及其配合力的遗传解析

发布时间：2020-05-24 18:22

【摘要】：玉米是重要的粮食作物、工业原料和饲料来源,也是研究遗传、进化及驯化的模式作物之一。随着B73基因组进一步完善和新一代测序技术成本的降低,利用基因型纯合、重组率高和遗传背景相对清晰的重组自交系为作图群体,结合高通量、低重复测序技术,能够深入剖析玉米主要农艺性状的遗传基础。杂种优势是提高玉米杂交种产量的重要途径,而一般配合力和特殊配合力具有重要的育种应用价值。本研究采用基因测序分型(Genotyping-by-sequencing,GBS)技术和含有365份家系的重组自交系(Recombinant inbred line,RIL)群体构建高密度遗传连锁图谱,对玉米株高、开花期、雄穗和产量相关性状及其配合力效应进行QTL定位,发掘关键基因组位点,解析复杂农艺性状遗传基础,为玉米分子标记辅助育种提供基础。主要研究结果如下:1.亲本自交系掖478和齐319通过30倍的重测序在亲本间共获得3,599,222个纯合差异的SNPs。365份重组自交系利用GBS方法进行0.17倍的重测序在群体内开发了 88,268个SNPs。利用滑动窗口策略获得4,602个高质量的bin标记,并进一步构建了 RIL群体的高密度遗传连锁图谱,图谱总长为1545.64 cM,平均图距为0.34 cM。遗传图谱共线性分析以及玉米轴色QTL作图验证了所构图谱的高分辨率和精确性,为进一步开展复杂性状的遗传解析奠定了基础。2.2015、2016和2017年在5个环境下对RIL群体进行表型鉴定,利用复合区间作图法对10个主要农艺性状进行单环境QTL定位,检测到208个与性状显著关联的QTL。多环境联合分析检测到45个QTL,其中86%的QTL可以同时在多环境和单环境中被检测到。鉴定到15个控制农艺性状的QTL簇(QTLclusters,QCs),其中9个QCs与开花期性状相关。第5号染色体bin5.05的QC8不仅能够调控3个株高相关性状,对雄穗分支数和小区产量也有显著影响。3.测交群体5个环境的表型数据分析表明性状配合力效应与性状自身在群体中均呈现正态或接近正态分布。配合力方差分析表明,除单株产量外,其它性状在测交群体中主要以加性效应为主。相关性分析表明一般配合力效应与性状自身呈显著或极显著的正相关性。10个主要农艺性状及其配合力效应单环境QTL定位共检测到714个QTL,其中具有稳定性的QTL有204个,多环境联合分析检测到231个QTL。在鉴定到的QTL中,与性状一般配合力效应显著关联的QTL居多,并且检测到31个主效QTL;而与特殊配合力效应显著关联的QTL数目最少。4.共定位分析表明与性状一般配合力效应显著关联的47个QTL中,分别有13个和41个QTL能够同时在性状自身及杂交种表现中被检测到。位于第5号染色体的tPH5/tEH5-2同时控制性状自身、一般配合力效应和杂交种表现,并且该位点中的优异等位基因在掖478的衍生系中具有传递性。位于第10号染色体bin10.04位点虽然是调控很多性状一般配合力效应和杂交种表现的主效QTL,但该位点在掖478的大部分衍生系中都被替换掉了。此外,本研究鉴定的性状自身、杂交种表现以及配合力效应显著相关的QTL置信区间内多包含有玉米或从水稻中通过同源克隆获得的已报道的基因。解析这些基因在不同条件及组合间的表达模式对于进一步解析配合力和杂种优势形成的分子机理具有重要意义。
【图文】：

16图 2-1 掖 478 和齐 319 全基因组 SNPs 标记分布及遗传变异（1）最外一圈刻度表示玉米 10 条染色体；（2）橙色直方图表示掖 478 和齐 319 亲本间差异 SNP 的分布密度；（3）绿色直方图表示掖 478 和齐 319 位于外显子内的差异 SNP 分布密度；（4）蓝色直方图表示掖 478 和齐319 亲本间差异 Indels 的分布密度。Figure 2-1 Genome-wide distribution of SNPs and genetic variants throughout the Ye478 and Qi319 genomes(1) The outermost box with scale represents the 10 maize chromosomes. (2) The orange histogram represents thedensity of SNPs that are polymorphic between Ye478 and Qi319. (3) The green histogram represents the density ofpolymorphic SNPs within coding sequences between Ye478 and Qi319. (4) The blue histogram indicates the density ofinsertions or deletions (Indels) between Ye478 and Qi319.

中国农业科学院博士学位论文 第二章 基于玉米重组自交系群体的高密度遗传连锁图谱构建利用 15 个 SNP 滑动窗口的策略来检测重组自交系群体中的重组断点。本研究共获得重组断点 12,835 个，平均每个个体重组断点为 35.16 个；样本 RIL_65 重组断点分布见图 2-2，整个重组自交系群体的重组断点分布见图 2-3。在 RIL 群体中，以 100 Kb 长度的染色体区段为一个区间在全基因组水平上对群体基因型进行划分，，将相邻并且基因型相同的 bin 合并为 1 个 bin 标记，利用这种方法共获得 4,602 个 bin 标记。所获得的 bin 标记长度主要在 200 Kb 之下，只有约 13.3%的标记长度大于 1 Mb（图 2-4）。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513


本文编号：2678799