基于单片段代换系群体的玉米开花期性状QTL分析

以骨干自交系许178背景的综3染色体单片段代换系为基础材料,利用105个SSSLs群体通过在浚县、许昌的田间试验,共鉴定出47个控制玉米开花期相关性状的QTL,包括散粉期的QTL 14个,吐丝期的QTL 16个,ASI的QTL 17个,其中,1个散粉期的QTL、2个吐丝天数的QTL和4个ASI的QTL在2种环境下被重复检测到.     

玉米制种花期相关性状的QTL分析

提高杂交种制种产量是降低玉米种子生产成本,加速杂交种推广的一条有效途径。本研究拟通过对玉米制种花期相关性状的遗传分析,为玉米制种产量的提高和玉米育种提供理论基础。试验以优良玉米自交系琼68和K12组配的一套F2：4家系为基础材料,构建了包含134个SSR分子标记的遗传连锁图,通过1年2点的田间试验,对玉米制种花期相关性状进行了分析。结果表明,散粉期与吐丝期、吐丝周期、花丝活力呈极显著正相关;同时吐丝期与吐丝周期、花丝活力,以及吐丝周期和花丝活力也呈极显著正相关;而散粉周期与散粉期和吐丝期呈负相关关系。利用复合区间作图法在2个环境中定位了22个玉米制种花期相关性状的QTL：散粉期5个、吐丝期4个、散粉至吐丝间隔期5个、散粉周期4个、吐丝周期2个、花丝活力2个。结果发现多数QTL存在环境表达的特异性。     

基于两个相关群体的玉米花期相关性状QTL定位

【目的】利用具有共同亲本黄早四的2个F2﹕3群体,定位控制玉米的抽雄期(DTT)、散粉期(DTP)、吐丝期(DTS)以及散粉-吐丝间隔期(ASI)的QTL,为玉米分子育种与相关基础研究提供参考和依据。【方法】以自交系齐319和掖478分别与黄早四杂交构建的230个和235个F2﹕3家系为定位群体(分别写作Q/H和Y/H),利用完备区间作图方法,对在不同生态环境下(2007-北京、2008-北京、2007-河南、2008-河南、2007-新疆以及2008-新疆)玉米花期相关性状进行QTL定位。同时利用基于混合线性模型的QTL Network-2.0软件进行基因×环境互作及上位性的分析。【结果】尽管4个花期相关性状的表现在2个群体中存在明显差异,但它们之间均呈现高度的相关性。在6个环境下对2个群体的4个性状进行了QTL检测,Q/H群体共定位到了85个QTLs,分布在玉米的10条连锁群上;Y/H群体共检测到了30个QTLs,呈现成簇分布。在Q/H群体中检测到2个重要的与多个性状相关且在不同环境条件下同时表达的QTL区域,分别位于第8染色体的umc1562—bnlg1651和第10染色体的phi062—umc1115区段;在Y/H群体中也检测到了1个与多性状相关且在多环境表达的QTL区域,位于第3染色体的nc030—umc2166区域。进一步分析发现,贡献率较大的QTL同时控制着多个性状。对比2个群体的定位结果,共检测到4个在不同遗传背景下的"一致性"QTLs。【结论】玉米花期相关性状的遗传机制较为复杂,而在不同环境及不同遗传背景下能够稳定存在的QTL可为这类性状的生产应用以及精细定位与图位克隆提供有价值的参考。     

玉米生育期相关性状QTL定位

生育期是玉米重要的性状之一，其中抽穗期、散粉期和吐丝期是3个最重要的指标。以玉米自交系LDC-1和YS501构建的186个重组自交系为材料，在2个大田种植环境下对抽穗期、散粉期和吐丝期3个生育期相关性状进行QTL解析。基于Maize10k芯片数据构建总长为2 569.89 cM的高密度遗传图谱，共包含2 624个bin,相邻标记间的平均距离为0.98 cM。共检测到32个生育期相关性状QTLs,似然函数比值对数值(logarithm of odds,简称LOD)为2.52～10.86,贡献了3.33%～17.19%的表型变异。其中qDTT9-1、qDTS9-2在不同环境中稳定表达且效应较大，在育种中可能具有较大利用价值。本研究结果可为进一步精细定位生育期相关性状QTLs和利用分子标记辅助选择开展品种改良提供参考。     

中国玉米地方品种核心种质花期相关性状的表型多样性研究

 【目的】研究中国玉米地方品种资源在抽雄期（T）、吐丝期（S）、抽雄-散粉间隔期（TAI）以及散粉-吐丝间隔期（ASI）等4个花期相关性状上的表型多样性,为玉米地方品种资源表型多样性的整体鉴定与评价提供参考和依据。【方法】选取中国玉米地方品种核心种质库的799份种质,采用多环境试验设计,在植株进入生殖生长期后调查抽雄期、吐丝期、抽雄-散粉间隔期以及散粉-吐丝间隔期等4个花期相关性状的表型观测值,计算其Shannon-Weaver多样性指数,并进行显著性检验,评价中国玉米地方品种资源在这4个花期相关性状上的整体多样性水平。【结果】方差分析表明,不同省、市、地区的玉米地方品种资源在研究的4个花期相关性状上的表型观测值均达到极显著水平的差异,而这4个性状除TAI差异不显著外,T、S以及ASI的Shannon-Weaver多样性指数的差异均达到极显著水平。在6个不同的玉米生态区上,这4个花期相关性状的表型观测值也均达到极显著水平的差异,在Shannon-Weaver多样性指数上,TAI的差异不显著,另3个性状则均达到显著或极显著水平的差异。其中,西南山地玉米区在抽雄期、散粉期、抽雄-散粉间隔期和散粉-吐丝间隔期性状上的Shannon-Weaver多样性指数分别为1.85、1.90、0.88和1.20。【结论】中国玉米地方品种资源在抽雄期、吐丝期、抽雄-散粉间隔期以及散粉-吐丝间隔期等4个花期相关性状上表现出了较高水平的多样性,尤其是西南山地玉米区,在表型观测值和Shannon-Weaver多样性指数上均明显高于另5个生态区,表明西南地区玉米种质资源具有较高的保护价值和利用潜力。     

利用高代回交重组自交系群体定位玉米部分农艺性状的QTL

以141份玉米高代回交重组自交系群体(RIL)及受体亲本黄早四于2011年在黄冈市农业科学院试验基地、2011和2012年在武汉市华中农业大学校内试验基地进行田间试验,对穗长、穗粗、株高、穗位高、吐丝期、散粉期、雄穗分枝数等7个农艺性状进行QTL分析。结果表明:7个农艺性状共检测到18个主效QTL,单个QTL的贡献为9.79%~37.35%,其中4个QTL在多个环境下同时检测到,5个QTL与前人的报道结果一致。     

玉米光合性状的相关性及 QTL 分析

为了探讨玉米光合性状的相关性及遗传机制,利用2个不同遗传背景的F2群体对叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率等10个光合性状进行了相关性及QTL分析.在相关性分析中,对于Y群体,叶绿素质量分数a、叶绿素质量分数b和叶绿素总质量分数3个性状在不同时期的相关性不显著;而对于R群体,这3个性状在不同时期的相关性极显著,达到高度相关.对于其余性状间的相关,两群体表现一致性高.同一时期的叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数和叶绿素总质量分数间为高度相关,净光合速率与气孔导度的相关、净光合速率与蒸腾速率的相关、气孔导度与蒸腾速率的相关为高度相关,气孔导度与胞间CO2浓度的相关为中度相关,叶绿素质量分数与净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率间均为弱度相关.在QTL分析中,对于Y群体,五叶期检测到控制叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数的QTL各1个,位于第4染色体的umc2391-mmc0371之间,单个QTL可解释表型变异的8.65%~9.87%;乳熟期检测到控制叶绿素a质量分数、叶绿素b质量分数、叶绿素总质量分数的QTL各1个,位于第10染色体的mmc0501-bnlg1451之间,单个QTL可解释表型变异的6.77%~6.93%;散粉期检测到1个净光合速率QTL,1个气孔导度QTL,2个胞间CO2浓度QTL,2个蒸腾速率QTL,单个QTL可解释表型变异的5.64%~7.73%.对于R群体,五叶期检测到3个叶绿素a质量分数QTL、2个叶绿素b质量分数QTL、3个叶绿素总质量分数QTL,其中1个控制叶绿素总质量分数的QTLqRFCt-1-2贡献率超过10%,为主效QTL;乳熟期检测到2个叶绿素a质量分数QTL、3个叶绿素b质量分数QTL、2个叶绿素总质量分数QTL;散粉期检测到2个净光合速率QTL,1个气孔导度QTL,1个胞间CO2浓度QTL,1个蒸腾速率QTL,单个QTL可解释表型变异的5.79%~9.24%.2个群体没有检测到"一致性"QTL,而且单个QTL的贡献率较小,说明光合性状是受微效多基因控制的数量性状,遗传机理复杂,需做进一步深入研究.     

玉米作图群体的生育期相关性状调查

调查了玉米自交系Mo17和黄早4及由这2个材料构建的F9重组自交系(Recombinant inbred line,RIL)分离群体的散粉期、吐丝期和雌雄花期间隔等3个生育期性状,并对这3个性状在群体中的表现用SPSS11.5软件作了描述性统计和相关分析,并构建了频数分布图。试验结果为控制这3个生育期性状的数量性状位点(Quantitative trait locus,QTL)的作图研究提供了田间表型数据。     

玉米花期性状主效QTL（基因）的SSR标记

【目的】筛选玉米花期性状主效QTL(基因)的SSR标记,为玉米分子育种与相关基础研究提供参考和依据。【方法】选用花期不同的玉米自交系JZ8、JZ16、JW1100为亲本,分别组配得到2个杂交后代F1(JZ8×JW1100)和F1(JZ16×JW1100),F1经自交获得2个F2(JZ8×JW1100)、F2(JZ16×JW1100)群体。从前人已报道的与玉米花期相关性状主效QTL(贡献率10%)连锁的SSR标记中,选取30对SSR标记引物,利用亲本、F1代对这30对引物进行筛选,将获得的特异性引物再通过F2群体单株花期性状与单株SSR标记的符合度和准确率验证,筛选出符合率大于50%的主效标记。【结果】umc1875、umc1016、bnlg1651、umc1115为玉米花期性状的主效SSR标记,其中标记umc1875适宜用于筛选抽雄期(DTT)、散粉期(DTP)、吐丝期(DTS)晚的材料,筛选准确率分别为57.5%,66%和61%;标记umc1016适宜用于筛选散粉期和吐丝期早的材料,筛选准确率分别为66%和58.5%;标记bnlg1651和umc1115适宜用于筛选散粉期早的材料,筛选准确率分别为69%和62.5%。【结论】筛选出4个与花期性状连锁且高通用性的标记,在分子水平上揭示了材料之间的内在联系,在某种程度上揭示了对不同的玉米材料在分子水平上直接对目的性状进行选择的可能性。     

干旱胁迫与正常环境下控制玉米开花期性状的QTL鉴定

利用N87-1(耐旱)×9526(敏感)的F2分离群体,构建了包含103个SSR标记的连锁图谱;在干旱胁迫与正常灌溉两种环境下调查了183个F23家系的抽雄期、吐丝期及抽雄-吐丝间隔等3个开花期性状;然后选用复合区间法对控制这些性状的QTL进行了鉴定.结果表明抽雄期在胁迫环境下检测到1个QTL位于第7连锁群上,单个QTL可解释表型变异的14.89 %;在正常灌溉下检测到4个QTL分别位于第1、4、7和第9连锁群上,累计可解释表型变异的44.3 %.吐丝期在胁迫环境下鉴定出1个QTL,位于第7连锁群上,占表型方差的15.80 %,与胁迫环境下的抽雄期QTL的位置、加性效应方向和基因作用方式一致;在正常环境下检测到2个QTL,分别位于第4和7连锁群上,累计可解释表型变异的20.56 %.ASI在胁迫环境下检测到1个QTL位于第9连锁群上,单个QTL可解释表型变异的8.88 %;在正常环境下检测到了2个QTL,均位于第6连锁群上,累计可解释表型变异的17.2 %.经比较分析,第7连锁群上所与标记umc1015连锁的QTL具有重要的标记辅助选择利用潜力.所鉴定QTL的基因效应以部分显性为主.     

玉米开花期转录因子候选基因的关联分析

【目的】生育期相关性状是玉米育种研究的重点之一。作为重要的生育期性状,开花期（抽穗期、吐丝期和散粉期）的提前,可保证玉米充分脱水,适宜机收;也为中国黄淮海地区小麦-玉米一年两熟耕作模式下的小麦播种减轻压力。转录因子是转录水平基因表达调控的重要上游因子,对目标基因发挥转录激活或转录抑制的作用。在全基因组水平上解析转录因子对玉米开花期的调控作用,获得开花期提前且不影响产量的玉米转录因子单倍型组合,进而挖掘优异种质资源,可为培育开花期适宜的玉米育种研究提供基因资源。【方法】使用候选基因关联分析方法,对开花期相关转录因子及显著SNP进行分析;并利用DAP-seq技术捕获了关键转录因子的结合位点和下游基因;随后对转录因子调控的下游基因进行GO分析,探究转录因子通过影响其下游基因对开花期进行调控的基因网络。【结果】玉米开花期3种性状（吐丝期、散粉期、抽穗期）中,与吐丝期和抽穗期性状以及吐丝期和散粉期性状同时关联的转录因子显著SNP均为75个,与抽穗期和散粉期性状同时关联的显著SNP为128个,同时关联到3种表型的显著SNP为58个。表明开花期3种性状可能受相同的转录因子调控。选取含有3个及以上开花期相关显著SNP的转录因子基因,通过DAP-seq,捕获了这些转录因子结合的关键基序及调控的下游基因。转录因子结合的下游基因显著富集于转录因子活性、DNA结合、RNA结合、有机氮化合物的合成代谢过程、与生殖有关的发育过程等;不同的转录因子存在共同调控的下游基因,生育期相关性状关键调控性转录因子为ARF、MYB和NAC。对关键上游转录因子进行单倍型分析,发掘了玉米生育期提前,同时对产量无负向影响的转录因子最优单倍型组合。【结论】运用DAP-seq技术并结合前人研究绘制了全基因组水平上转录因子对生育期相关农艺性状的调控网络,并发掘了既提前玉米生育期又对产量无负向影响的转录因子最优单倍型组合。     

玉米杂交种苏玉16农艺性状的QTL分析

采用强优势玉米杂交种苏玉16(JB×Y53)的两个亲本自交系,配置F2和相应F2∶3作图群体。利用154个SSR标记构建了分子标记连锁图谱,覆盖全基因组1 735.0 cM,标记间平均图距为11.3 cM。同时考察F2和F2∶3群体的株高、穗位高、抽穗期和散粉期等共10个重要农艺性状,采用联合F2和F2∶3群体的作图方法定位有关QTL。此外,采用QTL Cartographer V2.5软件分别对F2和F2∶3群体进行了有关QTL的重演性验证。结果表明,采用联合作图方法在调查的10个性状上共定位到93个QTL,采用QTL Cartographer V2.5软件共定位到96个QTL,其中56个能用两种方法重演验证。     

玉米籽粒含水量相关性状QTL定位

玉米籽粒含水量与玉米机械化收获密切相关。定位玉米成熟后籽粒含水量相关性状位点对利用分子标记辅助选择开展宜机械化收获玉米品种选育和克隆相关基因具有指导意义。利用RA×M53重组自交系为试验材料,在2个大田种植条件下,测定玉米成熟后籽粒含水量以及与籽粒含水量相关的果穗苞叶数、苞叶长等性状,利用已构建的遗传图谱进行数量性状位点(QTL)分析,共检测到15个相关的QTL,LOD值为2.52～6.71,其中,位于第1、6、9号染色体上的qGm1-1、qGm6-1、qBl9-1、qGm9-1在2个环境下均稳定表达。     

干旱条件下玉米转座子插入关联的表观调控分析

【目的】干旱是全球范围影响玉米生产的最主要胁迫因素之一。解析抗旱性的遗传基础与分子机制为玉米的抗旱改良提供依据。【方法】利用代表性玉米自交系,以叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔为指标开展田间抗旱性精准鉴定。筛选2个抗旱性极端差异的自交系,开展基因组重测序分析和转座子插入鉴定;利用全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）方法分析不同水分处理下叶片和根系组织的DNA甲基化水平;同时利用转录组测序方法对相同样品的基因表达进行分析;通过比较分析获得2个材料间的转座子插入缺失变异、差异甲基化区域和差异表达基因,并综合分析这三者间的相关关系。针对前期克隆的玉米抗旱基因ZCN7,分析该基因区域转座子插入缺失变异介导的DNA甲基化和基因表达变化情况。【结果】在田间干旱处理下,自交系H082183的叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔均与正常处理没有显著差异,而旅28在所有试验材料中表现最低的叶片相对含水量和最大的散粉-吐丝间隔。利用H082183和旅28这两个抗旱性极端差异的玉米自交系开展基因组重测序和转座子插入分析,分别检测到333 754和333 296个转座子插入,其中,有89 954个转座子插入在2个自交系...     

不同授粉方式下玉米籽粒品质性状的QTL定位

【目的】对不同授粉方式下玉米籽粒品质性状进行QTL定位，揭示授粉方式对玉米籽粒品质性状的影响，为玉米籽粒品质遗传改良和分子育种提供理论基础。【方法】以优良玉米自交系KA105和KB020及用其构建的201个F_5∶6重组自交系（RILs）群体为试验材料，于2019年在陕西榆林、汉中和杨凌3个地点种植。收集榆林、汉中的开放授粉果穗和汉中、杨凌的自交授粉果穗，开展玉米蛋白质、油分、淀粉、纤维等籽粒品质性状遗传分析，采用完备区间作图法（ICIM）对品质性状进行QTL检测。【结果】玉米RILs群体的蛋白质、油分、淀粉和纤维含量在两种授粉方式下存在差异，开放授粉下的蛋白质和纤维含量极显著低于自交授粉，油分和淀粉含量极显著高于自交授粉。方差分析结果显示，两种授粉方式下各品质性状在不同家系和环境间整体差异显著。相关性分析表明，开放授粉下玉米RILs群体籽粒品质性状含量与其对应的自交授粉下籽粒品质性状含量表现出极显著正相关，且蛋白质含量与淀粉含量呈极显著负相关，与纤维含量呈极显著正相关。共检测到16个QTL，其中开放授粉条件下检测到6个QTL，单个QTL解释的表型变异介于5.84%～14.56%；自交授粉条件下检测到 10个QTL位点，可解释5.69%～14.70%的表型变异。【结论】在两种授粉方式下能同时检测到2个与蛋白质含量相关的QTL（qPro9-1和qPro10），两种授粉方式下在10号染色体上的临近位置各检测到1个淀粉含量相关QTL（qOSta10-1和qSSta10-2），在开放授粉和自交授粉条件下各检测到1个纤维素含量相关特异QTL，分别检测到2个和3个与油分含量相关的QTL。     

玉米各生育阶段之间的相关性及遗传特性分析

选用6个中晚熟、5个早熟玉米自交系,分别组配杂交组合。运用NCⅡ设计,对25个杂交组合的生育阶段进行了分析,结果表明:出苗至拔节期、拔节至抽雄期,早熟组合生育天数短,生长发育快;中晚熟组合生育天数长,生长发育慢,抽雄期可以作为玉米早熟性的重要生理性状和育种参数。抽雄至散粉期、散粉至吐丝授精期、吐丝授精至成熟期3个阶段相互间无显著关系。     

氮胁迫和正常条件下玉米穗部性状的QTL分析

 【目的】分析氮胁迫和正常条件下玉米穗部性状的QTL。【方法】以优良玉米杂交种“农大108”的一套203个F2：3 家系为材料，构建了包含189个SSR标记的遗传连锁图谱，在施氮（N+）和不施氮（N-）条件下，通过一年两点的田间试验，利用复合区间作图法对玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒重和百粒重等6个穗部性状进行了QTL分析。【结果】亲本许178对N胁迫的敏感程度远小于黄C；F2:3群体的穗长、穗粗、穗行数和行粒数与单株产量大多呈显著或极显著正相关。在郑州和新郑两地，2种氮处理水平下定位了玉米穗部性状的53个QTL，其中郑州点检测到28个QTL，主要集中在第2、8和9染色体上（占57.14%）；新郑点检测到25个QTL，主要分布在第1、2、6、7和8 染色体上（占60%）；在所检测到的53个QTL中，表现加性、部分显性、显性和超显性效应的QTL依次为13（24.5%）、20（37.7%）、6（11.3%）和14（26.4%）个，单个QTL解释表型变异介于7.1%～23.3%之间。N+条件下6个性状在两个地间检测到的QTL数量明显高于N－条件下检测到的QTL数量，同时在郑州点2种氮处理水平下检测到3个相同的QTL（qED2a, qKW8a, qKW10a），新郑点检测到1个相同的QTL(qEL1a)，推断在缺氮条件下检测到的各性状特异表达的QTL可能与玉米的氮高效利用有关。【结论】在两地、2种供氮水平下所定位的53个穗部性状QTL，主要集中在第1、2、8和9染色体上，部分显性和超显性效应的QTL占60%以上。     

玉米制种田父母本授受粉规律的研究

观察研究了玉米杂交种的母本吐丝和父本散粉状况，并在全省范围内调查了制种田父、母本群体的散粉、吐丝分布规律。结果表明：父本花粉量及其分布规律是确定行比的可靠依据。父、母本散粉及吐丝习性是确定播差期的有效指标；父、母本群体散粉和吐丝均呈偏态分布，因此，合理的花期相遇指标应是两个曲线峰区的基本吻合     

墨白1号群体在两种环境下经多年栽培选择后的性状变异

2005年在四川雅安生态条件下,对分别在广西南宁和四川屏山2种环境条件下经多年栽培选择后的墨白1号群体的表现进行了鉴定和评价。结果表明,在雅安生态条件下,经不同环境种植的墨白1号一致表现散粉期、吐丝期偏晚,雌雄不协调,植株和穗位高,空秆率高,结实性差。但均表现有较大的遗传变异和选择潜力,可用于拓宽现有玉米种质的遗传基础;不同性状对生态环境或栽培选择条件的敏感程度不同,吐丝期、散粉期、散粉至吐丝间隔、百粒重、穗行数、行粒数、空秆率、雄花退化率等性状的敏感性强,而穗位高、雄穗分支数、秃尖长、单株产量等性状的敏感性弱。     

玉米光周期敏感性的主成分分析

对37个不同的玉米基因型进行长短2个光照处理,得到9个性状的光周期敏感指数,并对其进行主成分分析。结果表明,9个性状对光周期敏感程度的顺序分别为株高〉茎粗〉叶面积〉抽雄期〉总叶片数〉散粉期〉吐丝期〉穗位高〉雄穗分枝数,根据青贮玉米的育种目标筛选出光周期对生育期影响较小、而对营养生长有促进作用的玉米基因型CML177和CML183。