玉米灰斑病抗性全基因组关联分析与连锁分析

摘要

玉米灰斑病是由玉蜀黍尾孢菌（Cerospora zeae-maydis）、玉米尾孢菌（Cerospora zeina）等引起的的一种叶部病害，目前已成为危害西南地区玉米生产的重要病害，选育、种植抗灰斑病玉米品种是控制玉米灰斑病发生的重要手段，而抗性品种的选育依赖于对遗传背景不同的抗性种质资源进行表型及基因层面的筛选、鉴定与发掘。近年来，利用全基因组学的方法鉴定、分离抗病基因已成为分子抗病育种的主要手段，本研究以345份来源于不同生态环境，具有不同遗传背景的玉米自交系及IBM Syn10群体为供试材料，在自然发病条件下对上述自交系的玉米灰斑病抗性进行鉴定;运用SNP分子标记技术分析供试材料的遗传结构及分子特征;利用全基因组扫描的方法对与玉米灰斑病抗性关联的SNP位点进行检测;利用先前构建的IBM Syn10群体的binmap遗传连锁图谱对玉米灰斑病抗性QTL进行定位。主要研究结果如下:
　　1.基于56110个SNP分子标记开展的遗传多样性研究，共获得43070个高质量SNP分子标记，覆盖了整个染色体组。其中1号染色体上分布最多，共计6724个，占比15.6％，10号染色体上分布最少，共计3075个，占比7.1％。共检测到86140个等位基因，基因多样性平均值为0.3607，变幅为0.0953～0.500，PIC平均值为0.2884，变幅为0.0507～0.375;群体结构分析表明，345份玉米自交系可以被划分为6个亚群，根据自交系的划群结果与已知系谱比较分析，可将其中4个亚群与国内杂种优势群相对应，包括BSSS、Reid、PA、PB，另外2个亚群分别为北方种质群及热带亚热带种质群。
　　2.对345份玉米自交系进行4个环境下的玉米灰斑病抗性鉴定，剔除调查数据缺失的39份自交系后，共有306份自交系统计到4个环境的灰斑病发病情况，结果表明:大多数自交系都表现为感病，感病(S)和高感(HS)自交系的比例高达71.6％，抗性材料较少，高抗(HR)和(R)抗病自交系仅占14％;抗性稳定性方面，306份自交系中，抗鉴结果保持一致的自交系有34份，抗鉴结果相差1个等级的自交系有114份，抗鉴结果相差2个等级的自交系有125份，抗鉴结果相差3个等级的自交系有30份，抗鉴结果相差4个等级的自交系有3份;对来源于不同群体的自交系抗性进行分析，热带亚热带种质、PB种质中的高抗(HR)、抗性(R)自交系无论是数量上还是比例上都明显高于其他群体种质，因此热带亚热带种质及PB种质可作为选育玉米灰斑病抗性自交系的优良种质资源。
　　3.全基因组关联分析结果表明，在-logP≥3水平下，4个环境中（2014年宝兴、泸定，2015年宝兴、泸定）共检测到142个与玉米灰斑病抗性相关联的SNP标记（不含重复标记），其中3个环境中被检测到的标记有1个，2个环境中被检测到的标记有14个。在2个及以上环境中出现的15个标记中，共有10个标记位于1号染色体上，占66.6％，其中位于bin1.05、bin1.06的标记共有7个，进一步印证了bin1.05-bin1.06可能是抗性QTL挖掘的重点区域。
　　4.对IBM Syn10群体的280份DH系及亲本B73和Mo17进行6个环境下(2013年德宏、宝兴、泸定，2014年德宏、宝兴、泸定)的玉米灰斑病抗性鉴定，剔除调查数据缺失的20份自交系后，共有260份自交系统计到6个环境的灰斑病发病情况。结合前期研究构建的玉米IBM Syn10群体bin map遗传连锁图谱（包含115万个SNP位点、2916个SSR/RFLP标记以及6618个bin marker位点），采用复合区间作图法进行玉米灰斑病抗性QTL分析。总共检测到19个抗性QTL，分布在1、2、3、4、5、6、8、9号染色体上，其中位于bin2.04处的QTL被检测到3次，分别为QTL qmGLS2-1、q131GLS2-1、q141GLS2-1，位于bin3.07处的QTL被检测到2次，分别为QTLq131GLS3-1、q141GLS3-1，位于bin8.03处的QTL被检测到2次，分别为QTLq13dGLS8-1、q14dGLS8-1，其中q141GLS2-1可解释的表型变异最大，为10.24％，可能为1个主效抗性QTL。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1玉米灰斑病的发生与危害

1．2玉米灰斑病病原学特征

1．2．1病原菌分类

1．2．2病原菌生物学特性

1．3玉米灰斑病的症状表现及鉴定方法

1．3．1玉米灰斑病的症状表现

1．3．2玉米灰斑病的病级分类

1．4玉米灰斑病的防治

1．4．1抗病资源的鉴定、培育

1．4．2其他防治措施

1．5玉米灰斑病的分子遗传研究

2．1玉米种质资源研究概况

2．1．1国外种质资源研究简介

2．1．2国内种质资源研究简介

2．1．3 DNA分子标记在玉米研究中的应用

3．1玉米QTL定位研究进展

3．1．1连锁分析在玉米研究中的应用

3．1．2玉米研究对关联分析的应用

4．1本研究的目的与内容

第二章材料与方法

2．1．1玉米灰斑病抗性QTL定位材料

2．2供试材料灰斑病抗性鉴定

2．2．1田间种植

2．2．2抗性鉴定

2．3分子遗传多样性分析

2．3．1 SNP基因型分型

2．3．2遗传多样性分析

2．3．3群体结构分析

2．3．4灰斑病抗性QTL连锁分析

2．3．5灰斑病抗性QTL全基因组关联分析

第三章结果与分析

3．1 SNP标记的分子特征

3．2群体结构分析

3．3灰斑病抗性分析

3．3．1供试材料的灰斑病的抗性评价

3．3．2抗性结果的稳定性分析

3．3．3不同种质群体的玉米灰斑病抗性分析

3．4 345份玉米自交系的全基因组关联分析

3．5玉米抗灰斑病连锁分析

3．5．1 DH群体及双亲抗性差异性分析

3．5．2抗性QTL定位及遗传效应分析

第四章讨论

4．1玉米灰斑病抗源的鉴定、利用

4．1．1玉米灰斑病抗性自交系鉴定

4．1．2玉米灰斑病抗性种质利用

4．1．3玉米灰斑病抗性鉴定方法及指标分析

4．2 SNP在遗传多样性研究中的应用

4．3供试自交系的种质类群划分

4．4玉米灰斑病抗性QTL定位

第五章结论

参考文献

致谢