基于高密度遗传图谱的玉米籽粒灌浆特性遗传解析

摘要

[目的]灌浆是玉米籽粒形成的重要生理过程,直接决定了籽粒的最终产量.了解玉米籽粒灌浆特性相关性状对粒重形成的作用,解析灌浆特性的遗传基础,为玉米高产育种实践提供指导.[方法]以中国玉米骨干自交系黄早四(HZS)、旅28(Lv28)为亲本构建的包含1 72个家系的重组自交系(recombination inbred line,RIL)群体为试验材料.首先,利用Logistic模型与Richards模型,进行玉米籽粒灌浆过程拟合度的比较分析.其次,利用方差分析、相关性分析及回归分析分别比较亲本籽粒灌浆特性的差异,研究群体中不同灌浆特性相关性状的关系及其对百粒重的贡献.然后,利用GBS方法,对群体进行基因型分型,选择亲本间多态性标记,构建遗传图谱.最后,利用完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)进行灌浆特性与生育期相关性状的QTL分析.[结果]籽粒灌浆一般呈现慢-快-慢的变化趋势,可分为缓增期、快增期以及减缓期3个阶段.通过比较不同灌浆模型的拟合度发现,基于Richards模型的预测值与表型值间的决定系数显著高于Logistic模型.比较亲本间灌浆特性的差异发现,黄早四的平均灌浆速率为旅28的1.28倍,但旅28的灌浆持续时间为黄早四的1.07倍,亲本之间在灌浆特性方面差异明显.群体表型相关性分析发现,除缓增期灌浆持续时间(T1)外,其他灌浆特性相关性状均与百粒重(HKW)存在显著的正相关关系.回归分析发现,快增期灌浆持续时间(T2)与灌浆速率(G 2)可分别解释百粒重表型变异的57.50％和30.00％.利用多态性SNP标记构建了全长为1 471 cM,标记间平均遗传图距为1 cM的遗传图谱.多个环境下共检测到26个灌浆特性相关QTL、3个百粒重相关QTL及1 4个生育期相关的QTL,分布在玉米除第7染色体外的其他染色体上,LOD值介于3.27-9.05,单个QTL贡献率为5.97％-21.16％.同时,利用联合环境分析发现,控制不同性状的QTL定位在染色体相同或相近的位置,形成了多个分布于玉米基因组bin 1.05、bin 2.03、bin 4.05、bin 4.06、bin 7.04、bin 9.04的QTL富集区域.其中,在位于bin 4.05(48.24 Mb-135.73 Mb)和bin 9.04(110.40 Mb-114.73 Mb)的区间之内,共定位到多个仅与灌浆速率相关的主效QTL.[结论]Richards模型能够更好地模拟玉米籽粒的灌浆过程.在灌浆特性相关性状中,快增期灌浆速率与灌浆持续时间对于玉米粒重的增加具有重要作用.单环境检测发现,灌浆持续时间相关位点仅能在单环境中得以检测,表现为环境敏感类型.联合环境分析发现,在bin 4.05和bin 9.04区间内分别检测到仅与灌浆速率相关的主效QTL,可作为玉米籽粒灌浆研究的重点区域.