利用两个相关F群体研究玉米穗粒性状QTL及粒重与籽粒品质性状遗传关系

摘要

高油玉米是20世纪人工培育的一种高附加值玉米新类型，具有全面的优良籽粒品质和较高的综合利用价值。由穗粒性状所决定的籽粒产量仍然是目前制约高油玉米杂交种大面积推广应用的主要因素。以往利用IHO和BHO高油玉米种质对产量及其构成因素进行了QTL定位研究。本研究选用具有ASK种质背景的高油玉米自交系GY220为父本，同时与两个普通玉米自交系8984和8622杂交构建了两个分别具有284个和265个F2:3家系的作图群体(P1R2:3，P2F2:3)，在洛阳春播和许昌夏播两种环境条件下进行田间试验，利用SSR分子标记构建高密度遗传图谱，采用复合区间作图法定位穗重、穗粒重、百粒重、穗长、行粒数、穗粗、穗行数和出籽率8个穗粒性状QTL，利用多区间作图法分析定位QrL间的上位效应，并通过条件QTL分析和多性状联合分析的复合区间作图方法探讨主要穗粒性状间及粒重与主要品质性状间的遗传关系，进一步揭示玉米产量构成因素的分子遗传基础，同时为分子标记辅助育种、QTL精细定位及克隆提供材料平台和理论依据。主要研究结论如下： 1.利用两个相关群体P1F2:3和P2F2:3构建的遗传图谱分别包含185个和173个SSR多态性分子标记，其中83个标记相同。图谱总长度分别为2111.7 cM和2298.5 cM，相邻标记间平均距离为11.41 cM和13.29 cM。 2.两个群体在两种环境条件下及合并分析共检测到与91个与8个穗粒性状相关的QTL，PlF2:3和P2F2:3群体分别检测到52个和39个QTL，单个QTL贡献率分别为4.8％-17.0％和4.2％-48.4％。P1F2:3群体1个QTL几在两种环境条件下及合并分析同时检测到，9个QTL在一种环境条件下及合并分析同时检测到；P2F2:3群体5个QTL在一种环境条件下及合并分析同时检测到。定位QTL间互作较少，除PlF2:3在洛阳点穗粗(umc2256～umc2118与umc2118～umcl746)、P2F2:3合并分析的出籽率(qKR2-4-1与bnlgll94～unlc1304)和许昌点的百粒重(qxl00GW2.1.1与bnlgl792～umcl666)定位QTL存在较大的互作效应外，其余互作的效应值均较小。检测到的百粒重主效QTL q1100GWl-3-1/q100GWl-3-2、qxl00GWl-6-1/q100GW1-6-1、qx100GW2-1-1，q100GW2-1-1、穗长QTL qlEL2-10-1/qEL2-10-1、穗行数QTL qxERNl-3-2/qERNl-3-2、qlERN2-5-2/qERN2-5-1和出籽率QTLqlKRl-7-1/qxKRl-7-1，qKRl-7-1贡献率较大且环境稳定性较好，可以作为进一步研究和实施分子标记辅助选择的主要目标QTL。P1：F2:3群体在第3、7和10染色体上及P2F2:3群体在第1、5和7染色体上的相同标记或置信区间检测到的多个穗粒性状QTL,，表现为热点分布。部分显性和超显性对穗粒性状的遗传起主要作用。 3.两个群体没有在相同标记区间检测到控制同一性状的共同QTL，但在相邻标记区间检测到控制百粒重、穗粗和穗行数的QTL。q100GW1-1-2(umc2237～phi039)和q1100GW2-1-1(umc2237～bnlgl643)及qxERNl-5-2(bnlgl879～ulncll62)和qIERN2-5一1(bnlgl879～umc1389)分别处在相同标记umc2237和bnlg1879的下方，可能为分别控制百粒重和穗行数的同-QTL；qxEDl-1-1(umc2237～phi039)和qED2-1-1(umcl395～umc2237)与相同标记umc2237连锁。 4.两个F2:3家系群体在两种环境条件及合并分析的穗重、穗粒重与除出籽率外的其它穗粒性状呈极显著表型正相关，百粒重与行粒数呈极显著的表型负相关，表明显著提高高油玉米产量需均衡协调各穗粒性状，尤其要协调百粒重和行粒数之间的关系。进一步对百粒重、穗行数和行粒数间进行多性状分析表明，检测到的百粒重主效QTL q100GW1-3-2和q100G3W2-1-1在联合分析时也被检测到，且位于第1、3、5、6、7、8染色体上控制百粒重与行粒数和穗行数的QTL可能存在紧密连锁或一因多效。 5.两群体百粒重与油分含量除P1F2:3在许昌点表型相关不显著外，其余均呈显著或极显著的表型负相关。对百粒重与油分和淀粉含量的多性状分析结果表明，位于第1、3、5、6、7、8、10染色体上控制百粒重和油分或淀粉含量的QTL可能存在一因多效或紧密连锁。剔除油分和淀粉含量对百粒重的影响，对百粒重进行条件QTL分析结果表明，油分和淀粉含量对百粒重均有较大影响，但q100GW2-1-1和q100GW1-6-1基本不受油分含量的影响，且在百粒重与油分的多性状联合分析和以往研究中也被检测到，对其实施分子标记辅助选择可以在提高百粒重的同时，对油分含量影响较小，从而在一定程度上克服表型选择存在的问题。

目录

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致谢

摘要

1文献综述

1.1作物QTL定位方法及其应用概况

1.1.1 QTL初步定位

1.1.2 QTL上位性分析

1.1.3条件QTL分析

1.1.4多性状联合分析

1.1.5 QTL精细定位

1.2 QTL克隆及功能分析研究进展

1.2.1 QTL克隆方法及其应用效果

1.2.2目前已克隆作物QTL

1.2.3作物QTL功能分析方法

1.3分子标记辅助选择在作物遗传育种上的应用

1.3.1质量性状与MAS

1.3.2数量性状与MAS

1.4玉米产量及穗粒性状的分子遗传研究进展

1.4.1作图群体类型

1.4.2基础材料及其对QTL定位结果的影响

1.4.3以往研究结果比较

1.5本研究的目的和意义

2两个相关F2：3群体基因型分析及遗传图谱构建

2.1材料与方法

2.1.1材料

2.1.2田间试验和穗粒性状考查

2.1.3群体基因型分析

2.2结果与分析

2.2.1分子标记分析

2.2.2两个F2群体基因型组成分析

2.2.3两个群体遗传图谱的构建

3两个相关F2:3群体各穗粒性状的表型及QTL分析

3.1材料与方法

3.1.1材料和遗传图谱

3.1.2穗粒性状测定方法

3.1.3性状表现及遗传力计算

3.1.4 QTL定位及效应分析

3.1.5上位性效应分析

3.1.6多性状联合分析

3.2结果与分析

3.2.1穗粒性状的表现、遗传力及其相关

3.2.2各穗粒性状QTL分析

3.2.3多性状QTL联合分析

4粒重与籽粒品质性状的遗传相关分析

4.1材料与方法

4.1.1材料和遗传图谱

4.1.2性状测定方法

4.1.3条件QTL分析

4.1.4多性状联合分析

4.2结果与分析

4.2.1百粒重与籽粒油分、淀粉含量的相关分析

4.2.2百粒重与籽粒油分、淀粉的分子遗传相关

4.2.3百粒重与籽粒油份、淀粉多性状联合分析

5讨论

5.1两个相关群体穗粒性状QTL定位结果比较

5.2与以往穗粒性状QTL定位结果比较

5.3粒重与油分含量间的遗传相关及其同步改良

5.4进一步研究及设想

5.4.1已定位QTL在MAS中的应用

5.4.2定位主效QTL的NILs构建及其精细定位

5.4.3其它相关研究设想

参考文献