玉米自交系抗倒性鉴定及茎秆维管束性状QTL定位

摘要

玉米茎杆中维管束是物质运输的重要通道，同样也对植株起着机械支撑作用。形态解剖结构研究表明，茎秆机械组织发达程度，单位面积内维管束数目多少直接影响玉米的抗倒伏性，所以研究玉米茎秆维管束相关性状的遗传基础对玉米育种具有重要意义。本研究利用248份遗传多样性丰富的的玉米自交系构建关联分析群体，同时，以P53与178构建的重组自交系群体为研究对象，在2年2点高低2个种植密度条件下，对茎秆维管束结构特点及其它倒伏相关性状进行了田间表型鉴定，并结合基于测序的基因型分析方法获高密度SNP标记进行全基因组关联分析和遗传连锁分析，对玉米茎秆维管束和其它抗倒伏相关性状进行QTL定位。主要结果如下:
　　1.对本试验所用248份自交系进行抗倒性鉴定。对茎秆抗推力进行方差分析后可知，在不同密度下，茎秆抗推力均表现出显著性差异。在高密和低密种植条件下，筛选到极强抗倒性自交系12份:A679、XF117、浚248、PH4CV、AHU18、L061F、豫87-1、SC14、苏75、SX-6-67、掖478、S8324。
　　2.利用基于测序的基因型分析方法获得10684个SNP标记对关联分析群体获得的所有表型性状进行全基因组关联分析。维管束相关性状共检测到337个显著关联的SNP标记，其中，大维管束个数、小维管束个数、总维管束数目、单个大维管束面积、大维管束总面积、单个小维管束面积、小维管束总面积、维管束总面积、茎节横截面积、维管束面积/横截面积、单位面积小维管束个数、单位面积大维管束个数分别定位到40、23、32、24、39、25、19、30、19、36、15、31个显著关联位点，这些位点分布在:bin5.07、bin10.03、bin7.04、bin4.09、bin7.03、bin1.05染色体区段上。其它农艺性状共检测到了414个显著关联SNP标记，其中，茎秆抗推力共检测到29个。
　　3.对LOD＞4.0的SNP关联位点上游和下游20Kb范围内的候选基因进行搜索，并找出与候选基因连锁的已知基因。在维管束面积/截面积显著关联标记chr5_2927118附近搜索到了基因nactf6;在单位面积大维管束个数的关联标记chr9_149894127附近搜索到了基因hb12;在单位面积大维管束个数的关联标记chr2_219329022附近搜索到基因ereb43。
　　4.利用SNP标记合并得到的7278个重组bin标记构建RIL群体的高密度遗传连锁图谱，得到的遗传图谱相邻两个bin标记之间的平均物理距离为0.27 Mb，平均遗传距离为0.35cM。两年中，我们共检测到了83个控制玉米倒伏相关性状的QTL，大维管束个数、单位面积大维管束个数、单位面积小维管束个数、小维管束个数、单个小维管束面积、小维管束总面积、维管束总数目、维管束面积/横截面积、维管束总面积分别定位到2、2、4、3、3、2、6、2、3个QTL位点;茎秆抗推力定位到了3个QTL位点。定位到的83个QTL中，有24个位点解释的表型变异在10％以上。
　　5.全基因组关联分析和连锁分析定位的结果互相验证。将本试验中相同表型性状通过连锁分析和全基因组关联分析定位到的位点进行比较，共得到了2个共定位区段和2个相距较近的区段。2个共定位区段分别为chr6上控制株高的共定位区段73.275～84.482Mb和chr6上控制大维管束总面积的区段94.826～128.971Mb。
　　在高密和低密种植条件下筛选出抗倒性极强的玉米自交系，并通过全基因组关联分析和连锁分析的方法，定位到控制玉米茎秆维管束结构及其它倒伏相关性状的QTL位点，这些自交系和关联位点为进一步的耐密抗倒玉米杂交种的培育和基础理论研究提供参考。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 玉米抗倒伏的研究进展

1．1．1 倒伏的定义及特点

1．1．2 玉米倒伏的成因

1．1．3 玉米倒伏的鉴定标准

1．2 玉米茎秆维管束特性与倒伏的关系

1．3 玉米抗倒伏相关性状的遗传研究

1．3．1 数量性状(Quantitative trait loci，QTL)定位

1．3．2 全基因组关联分析

1．4 本研究的目的和意义

1．5 技术路线

2 玉米抗倒伏相关性状的关联分析

2．1 材料和方法

2．1．1 研究材料

2．1．2 田问试验设计

2．1．3 抗倒伏相关性状的测定

2．1．4 目标性状测定的方法

2．1．5 SNP基因型鉴定

2．1．6 数据处理与分析

2．2 结果与分析

2．2．1 表型性状描述统计分析

2．2．2 抗倒伏性状的相关性分析

2．2．3 不同自交系茎秆抗推力的等级分类

2．2．4 玉米茎秆维管束的结构特点

2．2．5 测序和SNP calling

2．2．6 群体结构分析

2．2．7 玉米抗倒伏相关性状全基因组关联分析

2．2．8 候选基因的挖掘

2．3 讨论

2．3．1 玉米自交系抗倒性鉴定

2．3．2 表型性状定位结果与前人的比较

2．3．3 抗倒性状热点区与其它抗倒性性状的比较

2．3．4 显著性位点的候选基因

3 玉米抗倒伏相关性状的连锁分析

3．1 材料与方法

3．1．1 研究材料

3．1．2 田问试验设计

3．1．3 测定项目与方法同关联分析2．1．4步骤

3．1．4 SNP基因型分析方法同关联分析2．1．5步骤

3．1．5 RIL群体Binmap图谱的构建

3．2 结果与分析

3．2．1 表型性状的描述统计分析

3．2．2 测序和SNP calling

3．2．3 Bin map的构建

3．2．4 抗倒伏相关性状的QTL分析

3．3 讨论

3．3．1 连锁定位与全基因组关联定位的比较

3．3．2 茎杆抗推力和维管束数目与前人定位结果的比较

3．3．3 茎杆抗推力和维管束数目与其它抗倒性相关性状定位结果的比较

4 结论

参考文献

附表

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢