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玉米叶片水分利用效率及其相关性状的QTL定位与分析

于晓芳  
【摘要】: 玉米(Zea Mays L.)是重要的粮、经、饲作物,玉米的产量关系到我国乃至世界的粮食安全问题。但是,由于全球水资源的日益短缺,干旱已经严重地限制了玉米产量的稳定和提高。因此,提高玉米的抗旱节水能力势在必行。随着科学研究和生产实践的不断深入,通过选择和培育高水分利用效率玉米品种来提高玉米自身抗旱节水能力显得尤为重要,同时也成为了一种可能。近年来,分子标记技术的迅猛发展和应用,使得玉米高密度遗传图谱不断的被完善;分子生物统计方法的不断更新并与分子标记技术相结合,使得玉米大量数量性状基因位点得以定位,这些为玉米高水分利用效率进行分子遗传研究及分子标记辅助育种奠定了坚实的基础。 本试验以23个玉米自交系为材料,测定并分析其叶片水分利用效率(water use efficiency of leaf,LWUE),从中筛选出LWUE差异较大的2个自交系,以其作为亲本构建遗传群体。利用SSR和ISSR分子标记对杂交后代F2单株进行分子标记分析,构建饱和的玉米遗传图谱。同时,将F2群体套袋自交获得F2:3家系,在正常灌水(W)和中度水分胁迫(WS)下进行田间鉴定。根据试验结果,采用Map QTL 4.0软件的区间作图法对影响玉米LWUE的QTL进行初步定位与分析。同时,本试验还对玉米形态学、生理生化学及产量因子等共26个指标进行测定,分析玉米叶片LWUE与各指标间的相关关系,筛选出与玉米LWUE关系较为密切的性状指标,并对影响这些指标的QTL进行初步的定位与分析。主要结果如下: 1.本试验经过对不同水分条件下的23个玉米自交系LWUE的测定及分析,选择自交系444为高LWUE的亲本,自交系Mo17为低LWUE的亲本,以它们为亲本杂交产生F1代,F1代套袋自交获得190个F2单株,以F2代为作图群体构建玉米遗传图谱,F2代套袋自交得到190个F2:3代家系种子,以F2:3代家系群体作为QTL定位分析群体,进行玉米叶片水分利用效率及其相关性状的QTL定位与分析。 2.本试验经过相关分析,筛选出与玉米LWUE具有显著或极显著相关的指标14个:生理指标4个,分别为Pn、Tr、Gs和Ci;叶绿素a荧光参数3个,分别为Fo、Fv/Fm和Fv/Fo;农艺性状3个,分别为EH、TBN和ASI;产量形成因子4个,分别为EKW、ERN、EKN和BTL。这些性状的选择为育种工作者选育高水分利用效率玉米品种提供了形态学以及生理学水平的理论基础。 3.构建了由181个分子标记(144个SSR标记和37个ISSR标记)组成的玉米饱和的分子遗传图谱。图谱全长1442.0 cM,标记间平均遗传距离为8.0 cM,标记间最小遗传距离为1 cM,标记间最大遗传距离为32.0cM。 4.在构建了玉米遗传连锁图谱的基础上,本试验以F2:3代家系作为遗传分析群体,采用Map QTL 4.0软件,使用区间作图法,对正常灌水和中度水分胁迫下的玉米LWUE及相关性状进行初步的QTL定位及效应分析。共检测到60个QTLs,分布于玉米10条染色体上,其中第1条染色体最多有9个QTLs,第2、5和10条染色体有6个QTLs,第3和8染色体有8个QTLs,第4条染色体有7个QTLs,第6条染色体有4个QTLs,第7和9染色体最少有3个QTLs,LOD值范围为2.8—5.65,单个QTL的贡献率为6.9—34.2%。 5.在正常灌水条件下,控制玉米LWUE的QTLs2个,分别位于第1和4染色体上;控制玉米Pn的QTLs3个,分别位于第1和第4(2)条染色体上;控制玉米Tr的QTLs3个,分别位于第1、4和7染色体;控制玉米Gs的QTLs3个,分别位于第1、2和4染色体上;控制玉米Ci的QTLs2个,分别位于第5和第9染色体上;控制玉米Fo的QTLs1个,位于第5条染色体上;控制玉米Fv/Fm的QTLs1个,位于第6条染色体上;控制玉米Fv/Fo的QTLs1个,位于第8染色体上;控制玉米EH的QTLs3个,分别位于第1、4和10染色体上;控制玉米TBN的QTLs3个,分别位于第2、5和7染色体上;控制玉米ASI的QTLs2个,分别位于第8和9染色体上;控制玉米EKW的QTLs3个,分别位于第5、7和8染色体上;控制玉米ERN的QTLs1个,位于第6条染色体,控制玉米EKN的QTLs3个,分别位于第1、2和10染色体上;控制玉米BTL的QTLs2个,分别位于第2和8染色体上。 6.在中度水分胁迫条件下,控制玉米LWUE的QTLs3个,分别位于2、3和4染色体上;控制玉米Pn的QTLs2个,分别为于第6和第8染色体上;控制玉米Tr的QTLs1个,位于第1条染色体上;控制玉米Gs的QTLs1个,位于第10条染色体上;控制玉米Ci的QTLs1个,位于第10条染色体上;控制玉米Fo的QTLs2个,分别位于第3和8染色体上;控制玉米Fv/Fm的QTLs2个,分别位于第1和3染色体上;控制玉米Fv/Fo的QTLs2个,分别位于第1和3染色体上;控制玉米EH的QTLs1个,位于第8条染色体上;控制玉米TBN的QTLs2个,分别位于第5和10染色体上;控制玉米ASI的QTLs3个,分别位于第2、3和9染色体上;控制玉米EKW的QTLs2个,分别位于第3和5染色体上;控制玉米ERN的QTLs1个,位于第6条染色体;控制玉米EKN的QTLs2个,分别位于第3和9染色体上;控制玉米BTL的QTLs2个,分别位于第3和8染色体上。


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