不同水分环境下玉米叶面积QTL定位及候选基因分析

摘要

玉米叶面积的大小及分布特征不仅影响其光合效率、蒸腾速率,而且与其耐旱性、耐密性、抗倒伏性及产量形成紧密相关.深入剖析不同水旱环境下玉米不同生育时期不同叶位叶面积的分子遗传机理对玉米耐旱高产新品种的选育具有重要意义.本研究以构建的2套F2:3群体为试材,在8种水分环境下,采用复合区间作图法(CIM)和基于混合线性模型的复合区间作图法(MCIM)对玉米相应叶(V18时期第10片叶、R1时期穗三叶)叶面积进行单环境和多环境联合QTL分析;参考玉米基因组B73 RefGen_v3挖掘稳定表达的QTLs(sQTLs)区间内的候选基因,并对其进行功能分析.结果表明,采用CIM法,单环境下2个生育时期2套F2:3群体间总共定位到了7个玉米相应叶叶面积QTLs,主要受显性(81.0％)、部分显性(14.3％)和超显性(4.7％)等遗传效应的调控,其中在干旱环境下定位到了5个QTLs.采用MCIM法,在2套F2:3群体间总共检测到6个相应叶叶面积的联合QTLs,其中1个表现为显著的QTL与环境的互作(QTL×E,Bin 2.08～2.09),1对QTLs(Bin 1.08～1.10与Bin 2.08～2.09)参与了显著的加性与加性(AA)上位性互作.结合CIM和MCIM法进一步分析在2套F2:3群体间检测到了6个sQTLs,其分别位于Bin 1.08～1.10、Bin 2.08～2.09、Bin 4.08～4.09、Bin 6.05、Bin 8.03和Bin 10.03处,并在这些sQTLs区间内确定了12个玉米叶发育相关候选基因.采用生物信息学,总共收集了75个玉米叶发育相关候选基因,通过系统进化树分析表明,这些候选基因划分为3大进化分支,且上述检测到的12个候选基因分布于这3大进化分支上.这些结果为系统地解析玉米不同生育时期不同水旱环境下相应叶叶面积的分子遗传机理提供理论依据,检测到的sQTLs可作为叶面积改良的重要染色体区段,检测到的候选基因为其进一步克隆、功能分析及育种应用提供了信息参考.