用3种方法定位玉米萌发期和苗期的耐盐和耐碱相关性状QTL

以耐盐碱郑58和盐碱敏感昌7-2为亲本,构建包含151份F2:5重组自交系(RILs)群体。基于3K芯片对郑58、昌7-2及其F2:5家系进行基因型分析,构建了包含1407个SNP分子标记的高密度遗传连锁图谱。该图谱的各染色体标记数在84～191之间,标记间的平均距离为0.81 cM。胁迫液为200 mmol L–1 NaCl和100 mmol L–1 Na2CO3,对照液为蒸馏水或霍格兰营养液,对盐、碱胁迫和自然条件下玉米的发芽率(GP)、株高(PH)、植株干、鲜重(FW、DW)、幼苗组织含水量(TWS)、植株地上部分钠含量(SNC)、钾含量(SKC)、钠/钾含量比(NKR)、苗期耐盐率(STR)、耐碱率(ATR)10项指标,采用3种不同的作图方法同时定位研究,对加性QTL定位采用复合区间作图法(CIM)和完备区间作图法(ICIM),对加性QTL与环境互作联合分析采用混合线性模型的复合区间作图法(MCIM)。结果表明,(1)与对照条件下各性状表型值相比,耐碱相关性状的降低较耐盐相关性状明显,说明玉米对碱胁迫更加敏感和碱胁迫对玉米的伤害更严重。碱与盐胁迫下SKC相当而SNC差异较大,表明Na+、K+的吸收和运输是相互独立的两个过程,玉米盐、碱胁迫可能是两种性质不同的胁迫。(2)在自然、盐和碱胁迫条件下,运用CIM分别检测到27、28、40个加性QTL;运用ICIM分别检测到28、23、17个加性QTL;运用MCIM共检测到11个耐盐加性QTL、4个环境互作QTL以及11个耐碱加性QTL、3个环境互作QTL。(3)盐胁迫条件下的qPH-9、qSTR-8、qNKR-6、qNKR-7和碱胁迫条件下的qPH-9、qATR-3能被3种作图方法重复检测到。与前人结果比较, qPH-9、qSTR-8、qNKR-6、q-ATR-3定位在相同或邻近区域,qNKR-7尚未见报道。本研究结果为精细定位玉米耐盐碱主效基因、挖掘候选基因和开发用于标记辅助选择的实用功能标记奠定基础。     

玉米耐旱鉴定研究进展

干旱是影响玉米产量最主要的非生物胁迫因子。综述玉米耐旱性评价研究进展,对目前耐旱鉴定研究过程中存在的问题进行探讨,提出玉米耐旱鉴定应采取以产量性状为评价指标的直接评价和以生理生化或形态性状为评价指标的间接评价相结合策略。     

吉林省玉米骨干亲本的亲缘系数分析

对吉林省1978～2012年获奖的71个普通玉米品种亲本自交系中的93个自交系进行亲缘系数分析,探讨其遗传多样性。结果表明,供试材料COP值变异范围为0～0.937 5,平均值为0.028 5。利用自交系间遗传距离,采用兰氏距离类平均法进行聚类分析,将供试材料聚为6个类群,A类群包括黄早四、自330、428等20个自交系;B 类群包括81162、四273、丹340 等8 个自交系;C 类群包括Mo17、吉846、吉63 等15 个自交系;D 类群包括U8112、铁7922、沈5003、K10、7884-7Ht等21个自交系,除长3和英64外,均含有国外玉米种质的血缘;E类群只有1个自交系丹599-20-1单独聚类;F类群共有28个自交系,包括国外杂交种选系14个,地方品种选系4个,未知来源自交系2个,综合种选系1个。     

玉米自交系耐盐鉴定相关SSR标记的开发

玉米是中国主要粮食作物之一,培育耐盐玉米品种可以有效地保持其在盐渍土壤条件下的产量稳定性。本研究通过主成分分析法(PCA)对69份玉米自交系进行耐盐性鉴定和评价,并从中选取耐盐和盐敏感材料各10份,并以上述20份自交系为试验材料,从本实验室构建的郑58/昌7-2连锁图谱第5连锁群的24个SSR引物中。通过各位点等位变异耐盐性的方差分析,检测到4个耐盐相关的SSR标记(umc1416,umc1349,umc2295和umc1686)。研究结果可为分子标记辅助耐盐鉴定、创制优异耐盐育种材料提供分子水平上的依据。     

玉米耐盐基因ZmHKT1的序列变异分析

HKT(High-affinity potassium transporter,高亲和性钾转运蛋白)基因所编码的蛋白能起到维持植物体内的Na+/K+平衡的作用。在作物中HKT蛋白主要通过排出叶片中的Na+,从而提高植物耐盐性。对54份玉米自交系材料的Zm HKT1基因及上游序列进行多态性分析。结果表明,在3 784 bp的序列中,共有194个SNP和32个In Del。大部分变异集中在基因上游序列和内含子区,编码区的变异相对较少,说明编码区在进化和人工选择中承受了更大的选择压力。根据序列变异情况可将54份玉米自交系材料划分为15个单倍型,上游序列主要存在3种单倍型,而基因序列存在9种单倍型。遗传重组和连锁不平衡分析发现,全长序列只有3次重组事件发生,上游序列存在着非常强的连锁不平衡。     

玉米GA2ox类基因的发掘及其在苗期干旱胁迫后的表达分析

GA2ox类基因是玉米赤霉素合成途径中的一类负调控基因,其表达产物(GA 2-oxidases)可通过降解赤霉素及其前体物质,调控植物中赤霉素的含量,进而影响植株的诸多表型。研究中发掘到玉米ZmGA2ox类基因13个,进一步分析各基因的基因结构以及在不同组织中的表达状况。通过对各基因干旱胁迫下转录变化的分析发现,只有ZmGA2ox3;1、ZmGA2ox3;2、ZmGA2ox6、ZmGA2ox7;3和ZmGA2ox9共5个ZmGA2ox类基因在干旱胁迫后发生了显著的转录变化。初步鉴定出ZmGA2ox类基因中与玉米耐旱响应相关的候选基因。     

玉米耐盐基因ZmHKT1;5在烟草中的功能验证

HKT类基因是与植物耐盐性密切相关的一类基因。在作物中HKT蛋白可通过排出Na+来维持植物体内的Na~+/K~+平衡,从而影响植物耐盐性。通过在烟草中过表达玉米ZmHKT1;5基因,验证该基因具有提高植物耐盐性的作用。结果表明,过表达ZmHKT1;5基因的T0代材料即显示出叶片耐盐能力的明显提高;T2代转基因株系种子在含盐培养基上的发芽能力明显强于野生型材料,T2代转基因株系幼苗阶段的耐盐能力也得到了明显的提高。通过比较在盐胁迫后2月龄的转基因材料和野生型材料的生理指标,发现野生型材料中MDA和H_2O_2的含量相较转基因材料发生了更为明显的上升,说明转基因材料中过表达ZmHKT1;5基因有效降低了盐胁迫引起的过氧化物积累。综合转基因验证的结果,证明ZmHKT1;5基因具有提高植物耐盐性的作用。     

不同种植密度条件下玉米茎秆穿刺强度QTL分析

以四287与四144为亲本组配的188个F2:3家系为材料,分别于2013、2014年在2个种植密度下调查茎秆穿刺强度,采用复合区间作图法进行QTL分析,研究玉米茎秆穿刺强度在不同种植密度下的遗传机制。结果表明,在2个种植密度下,共检测到13个与茎秆穿刺强度相关的QTL,分布于玉米的第1、2、3、4、6、7、8、9染色体上,单个QTL可解释3.8%~11.8%的表型变异,位于第6染色体检测到的QTL在所有环境中均能稳定表达。