玉米粒宽粒重相关QTL位点的遗传解析

发布时间：2020-10-26 20:52

　　 玉米作为重要的粮、经、饲兼用作物,在世界粮食生产及保证粮食安全中占有重要地位。玉米籽粒性状是决定玉米产量的重要因素。玉米籽粒性状包含粒长、粒宽、粒厚、百粒重,其中粒长、粒宽、粒厚与籽粒大小相关,而百粒重与籽粒大小密切相关,因此研究粒宽与粒重的遗传机制,对于利用分子设计方法进行高产育种及培育品质优良品种具有重要参考价值。本研究利用B73×CML277近等基因系群体中发现的在籽粒相关性状方面与受体亲本B73存在差异的近等基因系材料NIL-1041A,通过构建B73×NIL-1041A次级分离群体,选取玉米粒宽粒重主效qKW2.04为靶标,对玉米籽粒性状的遗传基础进行解析,为后续的精细定位提供可靠理论支撑。主要研究结果如下:1.基于高密度遗传图谱的玉米籽粒性状QTL定位:以玉米重要自交系B73与CML277构建了包含182个重组自交系的RIL群体,对粒长(KL)、粒宽(KW)、百粒重(HKW)、穗行数(KRN)四个籽粒相关性状进行QTL分析。基于GBS(genotyping-by-sequencing)技术构建了包含2141个bin标记的高密度遗传图谱,图谱总长为1264.26 cM,标记间的平均距离仅为0.59 cM。使用多环境表型均值对各性状进行QTL定位,共检测到2个粒长、3个粒宽、4个百粒重、7个穗行数共计16个QTL位点,分布于第1、2、3、4、5、8、9、10染色体上,单个QTL可解释的表型贡献率在3.58%-23.36%之间。其中,粒宽qKW-2-1和百粒重qHKW-2-1这两个位点的物理位置均位于2号染色体bin2.04的同一区间内,LOD值分别为9.65、7.59,可解释的表型贡献率达20.34%、15.84%。因此,2号染色体bin2.04(m1403-m1420)区段被认为是进行遗传解析的重要区段,并将qKW-2-1与qHKW-2-1记作qKW2.04。2.基于NIL-1041A的导入片段鉴定与粒宽主效位点qKW2.04的分解:利用高密度玉米专用芯片MaizeSNP50对近等基因系材料NIL-1041A的染色体导入片段进行分析,结果表明在B73遗传背景下,NIL-1041A共导入CML277的2个片段,分别位于第2、3染色体,片段大小分别为182.63 Mb、133.97 Mb。用完备区间作图法,对由B73与NIL-1041A组配的F_2单株分离群体进行粒宽、百粒重等性状的QTL分析。结果表明,在第2染色体导入片段内共检测到两个主效位点,其中一个粒宽粒重主效位点,标记区间为InDel23.32-umc1448,增效变异来源于NIL-1041A,可解释表型变异的13.97-22.45%;另一个粒宽粒重主效位点,标记区间为InDel47.09-InDel57.06,增效变异来源于NIL-1041A,可解释表型变异的12.22%。另外,上述位于第2染色体导入片段的两个主效位点均落在bin2.04区段内且表型贡献率均大于10%,因此,将第一个主效位点记作qKW2.04-1,将第二个主效位点记作qKW2.04-2,并将这两个粒宽粒重主效位点作为后续遗传解析的主要位点。3.玉米粒宽粒重主效位点qKW2.04-1与qKW2.04-2的遗传解析:以玉米重要自交系B73与其近等基因系NIL-1041A继续构建F_3-F_6分离群体,在目标区段加密标记,筛选目标区段杂合单株进行种植,并同时纯化遗传背景,使用完备区间作图法对粒宽粒重主效位点qKW2.04-1与qKW2.04-2进行定位。F_7-F_8选择不同重组类型构建纯合跨叠家系,利用成组法t检验对粒宽粒重主效位点qKW2.04-1与qKW2.04-2进行定位,最终将粒宽粒重主效位点qKW2.04-1限定至标记InDel23.73和InDel27.86间约4.13 Mb的区间内,将粒宽粒重主效位点qKW2.04-2限定至InDel41.76和InDel44.94间约3.18 Mb的区间内。在此基础上,对关联群体的627份玉米自交系分别采用一般线性模型(GLM)与混合线性模型(MLM)进行目标区段的关联分析,两种模型均只在主效位点qKW2.04-2内检测到显著性SNP,推测可能原因是本研究亲本之一CML277为热带玉米材料,而关联群体为温带玉米材料,导致热带玉米材料中控制粒宽粒重的稀有等位SNP不能在关联群体中被检测到。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S513
【部分图文】：

国农业科学院硕士学位论文 第二章 粒宽粒重主效位点 qKW2.04 的使用增补染料（PicoGreen; Invitrogen,Carlsbad, CA）定性，之后在水中将两种接头分别稀0.6 ng/μl），接着将两种接头按 1:1 比例混合至 6 μl 后均匀加至 96 孔板中，并将 96 孔板中接头晾干。晾干后在96孔板中加入浓度为10 ng/μl的DNA 样品，然后加入限制性内切酶A混合后的样品在 75 °C 下消化 2 h。在 30 μl 连接体系下将接头连接至粘性末端并在 22 °C处理 1 h，接着将连接体系置于 65 °C 条件下处理 30 min，从而使 T4 连接酶变性失活。对的样品进行纯化洗脱，之后对样品进行 PCR 扩增产生扩增产物。最后，这些扩增产物则个初级测序文库（图 2.1）。

行相关性分析，利用 Mapchart V2.2 软件对籽粒相关 QTL 在遗传连锁图谱上的分布用 QTLIciMapping V4.1 软件中的完备区间作图法（ICIM）对 RIL 群体的籽粒相关效应分析并绘制相应性状的定位图（Li et al., 2010; Wang et al., 2006)，LOD 阈值结果与分析 玉米籽粒相关性状表型分析籽粒外观形态上，玉米自交系 B73 和 CML277 存在明显差异：B73 籽粒属于马齿形长；NIL-1041A 籽粒也属于马齿形籽粒，但籽粒扁宽。二者在粒长（KL）、百粒重（（KRN）等籽粒性状方面也均存在明显差异（表 2.2）。因此，可利用玉米自交系 77 构建子代表型变异丰富的群体。在 RIL 群体中，家系粒长均值为 8.71 cm，变异.65 cm；粒宽均值为 7.38 cm，变异范围为 6.69-8.11 cm；百粒重均值为 21.02 g，变99-27.67 g；穗行数均值为 14.20 行，变异范围为 11.53-17.56 行。并且，粒长、粒宽行数这四个籽粒相关性状的表型频率分布均呈正态分布或近似正态分布（图 2.2），籽粒相关性状均可作为数量性状进行 QTL 分析及作图。

表 2.2 RIL 群体中籽粒相关性状表现Table 2.2 The performance of kernel related traits in RIL population性状 变异范围 均值 标准差 变异系数 偏度 峰度Trait Variance M ean Std CV Skewness Kurto长(cm)KL 7.59-9.65 8.71 0.37 4.289 0.225 0.06宽(cm)KW 6.69-8.11 7.38 0.25 3.437 -0.099 0.08粒重(g)HKW 15.99-27.67 21.02 1.88 8.928 0.410 1.08行数 KRN 11.53-17.56 14.20 1.32 9.319 0.489 -0.11RIL 群体进行相关性分析（图 2.3），结果表明，4 个性状之间，除穗行数性状之间均呈显著相关关系；并且，除穗行数与百粒重无显著相关及穗，其余籽粒相关性状之间均呈极显著相关关系。其中，粒宽与百粒重呈系数为 0.62；粒宽与穗行数呈极显著负相关关系，相关系数为-0.34（表些籽粒相关性状的位点之间可能存在互作效应，或者存在一因多效效应一定程度上呈现出协同变化性。
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本文编号：2857513