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玉米杂种优势群与杂种优势及其与薏苡比较基因组研究

黄益勤  
【摘要】:玉米是我国第二大粮食作物。从20世纪60年代以来,我国玉米的产量得到大幅度地提高,杂种优势的广泛利用发挥了决定性的作用。玉米杂种优势群的划分是玉米育种的重要基础性研究。对于组配新的杂交种和改良自交系,充分发挥杂种优势的作用具有重要指导意义。近年来,分子生物技术的飞速发展,不仅仅为利用分子标记划分玉米杂种优势群提供了新的方法,而且为探讨利用分子标记预测玉米杂种优势提供了新的思路。薏苡与玉米同属玉蜀黍族,具有很多优良性状,是玉米遗传改良的重要种质资源。玉米与薏苡比较基因组研究对于大力开发薏苡基因资源,进行玉米的遗传改良,以及深入研究玉米的起源进化具有重要意义。 本研究选用41份南方自交系及4份美国自交系为材料,利用54个玉米RFLP探针和3种限制性内切酶的145个探针/酶组合,检测了这些自交系RFLP的多态性,并用4个测验种与其中33个自交系按NC-Ⅱ设计组配了132个杂交组合,进行了两年一点完全随机区组试验。利用自交系RFLP标记遗传距离和测交组合产量的特殊配合力划分玉米杂种优势群,分析分子标记一般遗传距离和一般杂合性与杂交组合F_1性状表现及特殊配合力效应的相关性,以及阳性标记的特殊杂合性与F_1性状表现的相关性,还利用BLUP的方法进行杂种优势预测。本研究还利用薏苡的F_2群体为材料,在本实验室已经建立的AFLP标记连锁图谱的基础上,筛选了188个玉米RFLP标记,加密薏苡连锁图,同时利用两年一点田间试验,定位薏苡株高、叶长、叶宽、雄穗长和茎粗5个重要性状QTL,并利用RFLP标记同源序列比较薏苡、玉米和水稻基因组标记水平的线性关系。本文的主要结果如下: 1、依据NC-Ⅱ试验的特殊配合力可将33个自交系划分为5个类群,第1类包含获白等13个自交系,与黄早四的SCA全部为负值;第2类包括唐四平头等3个自交系,与黄早四的SCA很低,与Mo17的SCA却较高:第3类包括S37等6个自交系,与丹340的SCA均为负值,但是与黄早四的SCA全部为正值:第4类包括7922等8个自交系,这些系基本都带有国外种质血缘。它们表现为与Mo17的SCA较低,而与黄早四的SCA也全部为正值。第5类包括材11-8等3个自交系,与自330和丹340的SCA均为负值,而与黄早四和Mo17的SCA均为正值。 2、利用RFLP标记,在供试的45份材料间共检测到860个多态性条带,每个位点等位基因变化范围2~9不等,平均为4.26。根据RFLP的遗传距离,可将供试材料划分为热带种质类群、Mo17类群、FRB73类群、地方系Ⅰ类群、地方系Ⅱ类群和330类群6大类群。本结果从分子水平明确了地方玉米种质在我国玉米杂种优势利用中的重要地位,同时明确了来自美国玉米带的Mo17类群、FRB73类群和Oh43类群对于我国玉米杂种优势所起的作用。 3、一般遗传距离及一般杂合性与F1穗粒重、百粒重和行粒数等产量性状相关极 显著,但相关系数不高,仅为0,414和0.431;且亲缘关系较近的群内组合的F1产量与 一般杂合性的相关系数(r=o.566)高于亲缘关系远的群内组合(r二0.272)。一般杂 合性低于0.60的组合几乎表现负优势(占91 .67%),其一般杂合性与F1产量平均优势 达极显著正相关(r=0.771**),而在杂合性范围增大时,则相关不显著。这些结果 表明,分子标记一般杂合性小于0.60可作为衡量弱优势组合的指标,这对育种家提 高组合鉴定的效率有一定的指导意义。 4、在0.01水平上,两年共检测到有显著贡献的阳性标记25~227个,占总标记数 的2.91叹户26.40%。两年共同检测到28个与穗粒重相关的阳性标记,占总标记数目的 3 .26%。对于穗行数、行粒数、穗长、穗粗和轴粗,两年共同检测到的阳性标记数比 较多,分别为2 15、188、207、224和227。穗粒重、株高阳性标记与已经定位的QTL 相吻合,且两年加性效应方向完全一致,显性效应方向也基本一致,说明这些阳性 标记是可靠的。阳性标记的特殊杂合性与性状相关分析表明,并非所有标记的杂合 都能增加性状表现,笼统地用杂合性尚不足以预测杂种优势。 5、杂种优势BLUP分析结果表明:穗粒重、穗重、百粒重等大部分性状实际值 和BLUP预测值的相关达极显著水平,但相关系数不高,系数分别为:0.433~0.492、 0.363~0.424、0.369~0.457。进一步用Mol7类群、地方系I类群和地方系n类群来进 行预测研究,以穗粒重为例,实际值和BLUP预测值的相关系数分别为0.612、0.473 和0.272,与不同类群自交系测交组合性状表现和杂合性的相关趋势一致。 6、运用M即make虎xP(3 .0)作图软件,在LOD=3.0时,初步构建了葱芭的遗传 连锁图,共划分为11个遗传连锁群。含有67个AFLP标记和22个盯LP标记,全长 1 568.8cM,平均遗传间距17.63 cM/Marker。22个盯LP标记分布于9个连锁群中。惹 该第4连锁群上的3个RFLP标记的位置与玉米第3染色体可能存在同线性关系,但发 生了相互倒位:慧该第2连锁群与玉米第4和第10染色体及玉米第6染色体与惹该第5 连锁群也存在同线性。 7、应用复合区间作图法分别检测到19个茎粗Q几、5个株高Q几、15个雄穗长 QTL、5个叶长QTL和8个叶宽QTL。但两年间共同检测到的QTL只有3个,其中株高 1个、雄穗长1个和叶长1个。52个QTL所能解释的表型变异的方差最小


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