玉米株高和穗位高的QTL定位

鄭克志　李元　瞿會　閏偉　張曠野　宋茂興　呂香玲　李鳳海　史振聲

摘要：利用以玉米自交系T319與9406為親本構建的242個重組自交系（F8），對玉米株高和穗位高進行QTL（數量性狀基因座位）分析，在第1、2、3、5、7、10染色體定位到6個株高QTL，位于umc2228與bnlg2295、bnlgl609與bn—lgl350、bnlg210與umcl045，可解釋表型變異率12.13%、13.00%、111.58%，為株高主效QTL；在第1、10染色體上檢測到2個穗位高主效QTL，位于umc2228-bnlg2295、bnlg210與umcl045，可解釋表型變異率10.73%、16.92%。位于umc2228-bnlg2295、bnlg210-umcl045的區域為株高和穗位高的一致主效QTL區間，這些位點的標記可進行株高和穗位高的株型改良分子標記輔助選擇。

關鍵詞：玉米；重組自交系；株高；穗位高；數量性狀基因座位（QTL）

中圖分類號：S513.03 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2015）05-0061-02

玉米株高和穗位高是玉米的主要農藝性狀，自1968年Donald提出了作物理想株型的概念之后，玉米的株高和穗位高更是玉米理想株型的重要指標，株高和穗位高嚴重影響著玉米產量、抗倒伏性和生態適應性等。研究表明，增加種植密度遠比增加單株產量對玉米產量貢獻大。然而，株高和蕙位高太高造成種植密度下降，不抗倒伏，收獲質量降低；過矮則會影響整個群體生長結構，易感病蟲害，同化作用低下，最終影響生物產量。因此，只有尋求二者的適當的組合，以得到株高穗位高合適的理想株型，才能獲得高產品種。隨著分子標記技術的發展，有關株高、穗位高的QTL國內外已有很多研究報道，截至2015年1月，MaizeGDB網站（http//1N-DYW.maizegdb.or/）已經收錄了314個株高QTL和43個穗位高QTL，這些QTL位點分布在基因組的10條染色體上。目前已經有對株高主效基因克隆成功的，騰峰等對第3染色體的株高主效QTL進行了克隆及功能驗證；Winkler等對與株高相關的基因Dwaf3（D3）進行了克隆；Bensen等克隆了株高相關的Anther earl（Anl）基因。本試驗以玉米自交系F319和自交系9406為親本組建的RILs為試材，進行玉米株高和穗位高的QTL定位，以期挖掘株高、穗位高的主效QTC對株型改良提供一定的理論基礎。

1.材料與方法

1.1供試材料與試驗設計

供試材料為玉米自交系T319和9406及其采用單籽粒傳法構建的242個重組自交系（RILs）。玉米自交系T319為78599雜交種后代選系齊319的改良系。

試驗于2014年在沈陽農業大學南試驗基地進行，采取隨機區組試驗設計，2次重復，單行區，行長4m，行距60cm，每行17穴。

1.2田間表型測定

抽雄吐絲期用卷尺測定242個家系及親本的株高和穗位高，每行測定5株，其對應葉片平均值作為該家系株高和穗位高的測定值，進行QTL分析。

1.3DNA提取與SSR標記分析

采用CTAB法提取RIL群體及親本的DNA，方法略作修改。SSR引物根據MaizeGDB數據庫均勻選取，由北京三博遠志公司合成。PCR反應體系：每10uL體系含ddH2O6.18uL，10×buffer（含20 mmol/L Mg2+）1uL，dNTP（25mmol/L each）0.1uL，Taq酶（5U/L）0.1uL，DNA（10ng/uL）2.5uL，弓l物（20mol/uL each）0.12uL。PCR擴增程序：95℃預變性5min；94℃變性45 s，58℃退火45s，72℃延伸1min；最后延伸10min；4℃保存。擴增產物用4.5%變性聚丙烯酰胺檢測，并通過銀染記錄帶型，拍照保存。根據電泳譜帶結果，將與親本T319相同的帶型記為1，與親本9406相同的帶型記為2，雜合帶型記為0，缺失或模糊記為“一”。

1.4數據處理

利用Excel 2013和SPSS 20.0對RIL群體242個家系的株高和穗位高測定值進行基本統計參數分析、正態分布檢驗及遺傳模型分析。利用QTC IciMapping 4.0進行連鎖圖譜構建和QTL定位。LOD值選擇3，作為連鎖分析和QTL評價的閾值。

2.結果與分析

2.1田間表型測定結果統計分析

利用Excel 2013對親本進行t檢驗，結果表明，親本之間株高、穗位高差異均達到了極顯著水平。利用SPSS 20.0對RIL群體242個家系株高和穗位高性狀測定值進行正態分布檢驗，結果（表1）表明，抹高、穗位高的偏度和峰度絕對值均小于1，2個性狀變異幅度和變異系數均較大，符合數量性狀遺傳正態分布的基本特點，因此玉米株高、穗位高性狀值適于進行QTC作圖分析。

2.2株高和穗位高的相關性分析

利用SPSS 20.0對RIL群體242個家系抹高和穗位高性狀測定值進行相關性檢驗，結果表明，株高和穗位高相關系數為0.756，呈極顯著正相關，這說明株高和穗位高可能在遺傳上具有相似性，具有相同的代謝途徑和基因控制。

2.3群體分子標記基因型分析及連鎖圖譜構建

利用均勻分布于玉米基因組的600對SSR引物對T319和9406進行親本多態性篩選，獲得150對在兩親本間具有多態性的引物，多態率為25%。利用150對親本間存在多態性的引物檢測300個RILs的標記基因型（圖1），利用QTLIciMapping 4.0軟件進行遺傳連鎖圖譜繪制。利用QTLIciMapping 4.0軟件構建了含有134個連鎖標記的圖譜，第l～10染色體上分別有36、10、11、7、14、8、16、14、10、8個SSR標記，覆蓋全基因組2 382.84 cM，平均距離為17.78cM，可以滿足QTL定位要求。

2.4株高、穗位高的QTL定位分析

利用QTL IciMapping 4.0定位軟件（LOD≥3）對玉米株高、穗位高性狀進行QTL定位（表2），共檢測到6個玉米株高QTL，分別為qPH-l-l、qPH-2-l、qPH-3-l、qPH-5-1、qPH-7-1、qPH-10-l，兩側標記分別為umc2228與bnlg295、umcl536與bnlgl940、bnlgl601與bnlgl350、umcl429與umc2611、bnlgl380與dupssr9、bnlg210與umcl045，位于第1、2、3、5、7、10染色體上，貢獻率為5.65%～13.00%，其中位于第1染色體1.04的qPH-1-1、位于第3染色體bins 3.05～3.06的qPH-3-1與位于第10染色體bins 10.03～10.04的qPH-10-1貢獻率分別達到了12.13%、13.00%和11.58%，為控制玉米株高的主效QTL。

玉米穗位高檢測到2個QTL，分別為qEH-1-1、qEH-10-1，兩側標記分別是umc2228與bnlg295、bnlg10與umcl04，位于第1、10染色體上的binsl.04和bins 10.03～10.04，貢獻率分別為10.73%和16.92%，qEH-1-1、qEH-10-1為控制玉米穗位高的主效QTL。

3.結果與討論

本研究在第1、2、3、5、7、10染色體上發現6個控制玉米株高的QTL，位于binsl.04的qPH-1-1、bins 3.05-3.06的qPH-3-1和bins 10.03～10.04的qPH-10-1是主效QTL，與張巖等在bins 3.04與bins 10.03發現株高主效QTU、王翠玲等研究發現的bins3.05和bins 10.03～10.04株高主效QTL 、蘭進好等在binsl.02發現的株高主效位點、楊曉軍等在bins 1.05發現的主效QTL[11]、許誠等在binsl.03與bins 10.04發現的株高QTL位點、李清超等研究發現binsl.01～1.02與bins3.05處富集株高QTU一致或基本接近，qPH-3-1與騰峰等克隆的bins 3.03基因位點相近。當然，本研究發現的非主效QTL與前人的研究都有吻合之處，如楊曉軍等在bins5.05～5.07發現了株高主效QTL，本研究在bins 5.03發現非主效14qph5—1，鄭德波等基于SNP標記在第1、2、3、5、7染色體也發現了株高QTL。

本研究發現binsl.04和bins 10.03～10.04存在2個穗位高QTL，而且都是主效位點。與蘭進好等在bins 10.03、等在binsl.03、李清超等研究發現binsl.01～1.02處富集穗位高QTU、張巖在bins 10.03發現穗位QTU、許誠等在binsl.02發現穗位高QTL、鄭德波等基于SNP標記在第1染色體發現穗位QTU一致或基本接近。在前人研究中第1染色體存在主效穗位高QTL，并未發現在第10染色體上存在主效QTL，因此本研究中qEH-10-1屬于新發現的穗位高主效QTL。

在本研究中發現存在同時控制株高和穗位高的主效QTL，位于umc2228-bnlg295的qPH-1-l和qEH-1-1、位于bnlg210-umcl045的qPH-10-1和qEH-10-1，該區間為株高和穗位高的一致QTL區間，說明株高和穗位高具有很高遺傳相關性，這些位點標記可進行株高和穗位高的株型改良分子標記輔助選擇。

為了進行株高和穗位高一致性主效QTL的精細定位，還需要進一步構建新的回交群體創造單一性狀的近等基因系，為基因的克隆和功能驗證提供基礎，最終應用到種質資源的改良中去。