甜玉米雄穗分枝數的QTL定位

摘要：選用雄穗分枝數有顯著差異的甜玉米自交系T14和T4為親本配制雜交組合，以330個F2單株為作圖群體，用復合區間作圖法在玉米全基因組上檢測控制雄穗分枝數的QTL。結果顯示，在F2群體中檢測到6個雄穗分枝數QTLs，位于玉米第2、4、9染色體上，對表型的貢獻率為5.0%～17.4%；在F2∶3群體中檢測到8個與甜玉米雄穗分枝數相關的QTLs，分別位于玉米第2、3、4、8染色體上，對表型的貢獻率為3.5%～13.6%；對比F2和F2∶3的定位結果，挖掘到3個在兩世代中表現穩定一致的QTLs，分別位于第2、4染色體上。

關鍵詞：甜玉米；雄穗分枝數；復合區間作圖；QTL

中圖分類號：S513；Q943.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）15-3492-04

雄穗分枝數是玉米育種與種子生產過程中的重要農藝性狀。雄穗小分枝少有益于增加下層葉片的透光性并減少對養分的消耗，提高產量[1]。Geraldi等[2]的研究表明雄穗分枝數與產量呈負相關，因此在育種實踐中選育雄穗小分枝較少的雜交種是目前玉米育種的一個趨勢。然而在雜交玉米種子生產過程中卻要求作父本的親本植株具有較為發達的雄穗，以利于提高制種質量、降低成本。因此，發掘控制玉米雄穗分枝數的基因位點，合理地改良玉米雄穗性狀，對于玉米育種具有深遠的實踐意義。迄今，在不同遺傳背景、不同環境條件下不斷檢測和定位出控制玉米雄穗分枝數的QTL[3-7]，但研究結果不盡一致，QTL的穩定性也很少得到鑒定。本研究以雄穗分枝數有顯著差異的2個甜玉米自交系的F2單株為作圖群體，用復合區間作圖法在玉米全基因組上進一步發掘和鑒定控制玉米雄穗分枝數的QTLs，研究它們的分布和遺傳效應，并與前人研究結果相比較得出穩定一致的QTLs，以期為實現玉米雄穗性狀相關QTLs的精細定位和定向改良提供有價值的參考依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與田間試驗

供試親本T14和T4是由仲愷農業工程學院作物研究所經多年嚴格自交選育的甜玉米自交系。經多年田間調查，自交系T14的平均雄穗分枝數為14.8，T4為27.4，兩親本雄穗分枝數差異極顯著（P<0.01）。

2008年上半年在仲愷農業工程學院鐘村教學農場選取土壤肥力均勻一致的田塊，以T14（P1）和T4（P2）為親本作雜交。2008年下半年將產生的F1自交獲得330個F2群體。2009年上半年種植該組合P1、P2、F1和F2代材料，嚴格控制行距和株距，四周設置保護行，于成株期調查各F2單株雄穗分枝數；同時采用Paterson等[8]的方法提取該組合親本、F1和F2群體的DNA，并將F2單株自交獲得330個F2∶3家系種子。2009年下半年種植F2∶3家系，于成株期調查各家系材料雄穗分枝數，取平均值用以檢測F2∶3家系雄穗分枝數QTL。

1.2 DNA分子標記試驗設計

根據Wang等[9]的玉米高多態性SSR引物和已發表的玉米連鎖遺傳圖譜[10-13]設計引物，檢測T14和T4基因組之間的多態性，將得到的多態性引物對F2、F2∶3進行基因型鑒定，并記錄群體基因型。SSR引物由上海Sangon公司合成，參照Zhang等[14]的方法進行PCR擴增、產物電泳和銀染。

1.3 遺傳連鎖圖譜的構建和QTL的定位及命名

用JoinMap 3.0軟件分析標記間的連鎖關系，以F2為作圖群體構建分子遺傳圖譜[15]。采用Windows QTLs Cartographer 2.5結合復合區間作圖法在F2群體和F2∶3家系中檢測雄穗分枝數QTL[16]，通過1 000次隨機抽樣確定LOD閾值。

QTL命名方法參照McCouch等[17]的方法，按照QTL+性狀+QTLs個數，其中QTL以小寫“q”開始，性狀以英文縮寫表示，如雄穗分枝數QTL以TPBN表示，如果同一染色體上存在多個不同位點的QTL則在染色體后加數字“1”、“2”、“3”等加以區別。

2 結果與分析

2.1 雄穗分枝數正態分布檢驗

對F2和F2∶3家系材料的雄穗分枝數進行正態分布檢驗，統計結果見表1。從變幅和變異系數看，群體雄穗分枝數性狀的變異較大；從偏度和峰度看，雄穗分枝數未顯著偏離正態分布，符合QTL定位的基本要求，可以進行QTL檢測。

2.2 遺傳連鎖圖譜的構建

從550對SSR引物中篩選出在T14和T4之間有多態性的引物共217對，用JoinMap 3.0軟件對217個多態位點進行連鎖關系分析，得到一張含192個位點、全長1 260 cM的玉米SSR標記遺傳連鎖圖譜，標記間的平均間距為6.56 cM（圖1）。

2.3 雄穗分枝數的QTL定位

2.3.1 F2群體雄穗分枝數的QTL檢測 對F2群體應用復合區間作圖的方法檢測到6個QTLs，分別位于第2、4、9染色體上（圖1，表2）。其中，qTPBN-ch.2-1、qTPBN-ch.2-2和qTPBN-ch.2-3位于第2染色體上，加性效應值分別為0.61、-0.22和-1.40，對表型的貢獻率分別為11.8%、17.4%和11.4%；在第4染色體上檢測到2個QTLs，分別為qTPBN-ch.4-1和qTPBN-ch.4-2，其加性效應分別為-0.28和 -1.42，對表型的貢獻率分別為14.7%和9.4%；在第9染色體上檢測到1個QTL，為qTPBN-ch.9-1，其加性效應為-0.25，對表型的貢獻率為5.0%。

2.3.2 F2∶3家系雄穗分枝數的QTL檢測 應用復合區間作圖法結合F2∶3家系數據，定位到8個雄穗分枝數QTLs（圖1，表2）。其中，qTPBN-ch.2-4和qTPBN-ch.2-5位于第2染色體上，其加性效應分別為-2.01和-2.03，對表型的貢獻率分別為13.6%和7.9%；qTPBN-ch.3-1和qTPBN-ch.3-2定位于第3染色體上，其加性效應分別為-2.07和-1.44，對表型的貢獻率分別為8.2%和4.5%；在第4染色體上檢測到3個QTLs，分別為qTPBN-ch.4-3、qTPBN-ch.4-4和qTPBN-ch.4-5，其加性效應分別為-1.42、-1.29和-1.84，對表型的貢獻率分別為4.6%、3.5%和5.6%；在第8染色體上檢測到1個QTL，為qTPBN-ch.8-1，其加性效應為0.40，對表型的貢獻率為4.4%。

在F2群體和F2∶3家系中發現3個穩定的控制雄穗分枝數的QTLs。qTPBN-ch.2-2和qTPBN-ch.2-4相距僅4.0 cM，且均位于umc1555～phi083區間內，是同一個QTL；qTPBN-ch.2-3和qTPBN-ch.2-5均位于phi083～dupssr21區間內的同一位置，是同一個QTL；qTPBN-ch.4-1和qTPBN-ch.4-5相距僅2.0 cM，且均位于umc2287～bnlg2162區間內，也是同一個QTL（圖1、表2）。

3 小結與討論

普遍認為玉米雄穗分枝數屬于典型的數量遺傳性狀， 通過分子標記鑒定控制雄穗分枝數的基因組區域可為深入研究該性狀的遺傳和分子機制提供可靠而準確的手段。近年來已有較多對玉米雄穗分枝數的遺傳和分子標記定位的研究[3-7]。本研究利用2個雄穗分枝數有顯著差異的甜玉米自交系為親本配制組合，在F2群體和F2∶3家系中檢測到14個雄穗分枝數QTLs，分別位于第2、3、4、8、9染色體上。其中，qTPBN-ch.9-1位于第9染色體，與湯華等[3]定位的雄穗分枝數QTL qTBN9同時位于標記bnlg127附近，因此可以推測在標記bnlg127附近存在穩定可靠的雄穗分枝數QTL，此定位結果有助于驗證和豐富前人的研究結果，并可作為玉米雄穗分枝數相關數量性狀基因（Quantitative trait gene，QTG）的候選基因。

另外，此研究得出的與玉米雄穗分枝數相關的QTL的加性效應值大多為負值。表明減少雄穗分枝數的QTL來源于T14，而與之相對應的增加雄穗分枝數的QTL來源于T4。因此在育種實踐中可以利用甜玉米自交系T14和T4，通過QTL的逐步聚合達到減少或增加雄穗分枝數的目的，創造出既有利于提高生物學產量又能提高制種質量、降低成本的理想雄穗分枝數的玉米新種質。

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