玉米高密度重組圖譜構(gòu)建及耐旱相關(guān)性狀的遺傳解析.pdf

1、玉米是全球重要的糧食作物和飼料來源，也是研究遺傳、進(jìn)化和馴化的模式作物。玉米種質(zhì)資源是培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病、抗逆新品種的物質(zhì)基礎(chǔ)，在大量種質(zhì)資源中挖掘優(yōu)異等位基因?qū)⒂兄谔岣哂衩子N的效率。本研究通過11個(gè)中國(guó)玉米骨干自交系分別與共同親本黃早四雜交和連續(xù)自交，構(gòu)建獲得了包含11個(gè)RIL群體、2000個(gè)家系的溫帶玉米巢式關(guān)聯(lián)作圖群體(CN-NAM);它們與包含25個(gè)組合、5000個(gè)家系的美國(guó)NAM群體(US-NAM)，共同組成本研究的試驗(yàn)

2、群體，這兩套大規(guī)模的作圖群體為挖掘玉米種質(zhì)資源中優(yōu)異等位基因提供重要的資源平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，借助GBS測(cè)序技術(shù)獲得的高密度分子標(biāo)記，開展了玉米高密度重組圖譜的構(gòu)建及NAM群體基因組遺傳特征的研究。此外，通過正常水分和干旱脅迫兩種處理下進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，同時(shí)利用連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析的方法手段，結(jié)合NAM群體共同親本的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果，開展了玉米耐旱性遺傳結(jié)構(gòu)分析和耐早相關(guān)候選基因挖掘工作。主要研究結(jié)果如下:
　　1.玉米高密度重組圖譜構(gòu)建

3、與應(yīng)用
　　遺傳連鎖圖譜是數(shù)量性狀定位、遺傳分析和進(jìn)化分析的基礎(chǔ)。本研究利用NAM群體GBS測(cè)序獲得高密度分子標(biāo)記，構(gòu)建群體重組圖譜（bin map）。以bin作為新型的遺傳標(biāo)記構(gòu)建遺傳連鎖圖譜，36個(gè)單RIL群體的遺傳圖譜所包含的標(biāo)記數(shù)目變化范圍在734個(gè)bin到2183個(gè)bin;CN-NAM和US-NAM群體的復(fù)合遺傳圖譜分別包含4932和5296個(gè)bin;兩套NAM群體整合后的復(fù)合遺傳圖譜包含6238個(gè)bin。通過比較高密度

4、遺傳圖譜和中等密度遺傳圖譜在US-NAM群體散粉期和吐絲期QTL作圖結(jié)果，發(fā)現(xiàn)高密度遺傳圖譜并不能提高QTL檢測(cè)的功效，但是高密度遺傳圖譜可以將QTL作圖的分辨率提高約50％。與單個(gè)NAM群體的抽雄期QTL作圖結(jié)果相比，兩套NAM群體的整合進(jìn)行抽雄期的QTL作圖可以將QTL的檢測(cè)率和分辨率均提高約50％。
　　2.玉米巢式關(guān)聯(lián)作圖群體的遺傳特性分析
　　玉米基因組遺傳特性的分析將有助于理解玉米的遺傳變異和表型變異。本研究以N

5、AM群體為試驗(yàn)材料，結(jié)合高密度重組圖譜探討玉米基因組的遺傳特性。遺傳特性分析結(jié)果表明，就雙親遺傳組份而言，NAM群體內(nèi)存在較少的偏分離;NAM群體存在適合度上位性。重組事件數(shù)分析結(jié)果表明，在單個(gè)RIL群體中重組事件數(shù)呈近似的正態(tài)分布。以重組事件數(shù)為表型性狀，在單個(gè)RIL群體中進(jìn)行QTL作圖，共在9個(gè)RIL群體中檢測(cè)到14個(gè)QTL，單個(gè)QTL解釋的表型變異在5.4％到17.3％之間。偏分離分析結(jié)果表明，36個(gè)群體中共檢測(cè)到445個(gè)偏分離區(qū)

6、段，其中15個(gè)一致性偏分離區(qū)段可以至少在10個(gè)RIL群體中鑒定到。大約80％的已知玉米配子體基因與顯著的偏分離區(qū)段相互重疊。偏分離與重組率和基因密度的關(guān)系結(jié)果表明，高重組率和高基因密度的基因組區(qū)段具有較低的偏分離。
　　3.兩種水分處理下玉米耐旱相關(guān)性狀的遺傳解析
　　干旱是影響玉米生產(chǎn)的主要非生物脅迫因素之一。本研究在正常水分環(huán)境和干旱脅迫兩種處理下對(duì)NAM群體進(jìn)行耐旱相關(guān)性狀的鑒定評(píng)價(jià)，包括ASI、株高、單株產(chǎn)量、穗重、

7、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和百粒重。表型分析結(jié)果表明，CN-NAM和US-NAM群體的表型在干旱脅迫下和正常水分環(huán)境下存在顯著的差異。在兩種水分環(huán)境下，CN-NAM群體中的ASI與其它6個(gè)性狀均呈顯著的負(fù)相關(guān)(ASI與穗長(zhǎng)除外);同樣，US-NAM群體的ASI與其余的性狀均呈顯著負(fù)相關(guān)，除了干旱脅迫下ASI與株高之間沒有顯著性之外。連鎖分析表明:CN-NAM群體的7個(gè)耐旱相關(guān)性狀在正常水分條件下定位到108個(gè)QTL、在干旱脅迫下定位到91個(gè)QTL;

8、US-NAM群體的7個(gè)耐旱相關(guān)性狀在正常水分條件下定位到112個(gè)QTL、在干旱脅迫下檢測(cè)91個(gè)QTL。CN-NAM與US-NAM在正常水分環(huán)境和干旱脅迫環(huán)境下的一致性QTL分別為32和18個(gè)。性狀間的QTL一因多效分析結(jié)果表明，在正常水分環(huán)境下，NAM群體中沒有檢測(cè)到一致性QTL一因多效位點(diǎn);在干旱脅迫處理下，NAM群體中檢測(cè)到一致性QTL一因多效，穗長(zhǎng)與穗重、百粒重與行粒數(shù)之間均存在QTL一因多效位點(diǎn)。全基因組關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，CN-