Mapping genes for deep-seeding tolerance in barley

Deep-seeding tolerance, the emergence of seedlings from deep seeded conditions, is involved in stand establishment in semi-arid regions, where the soil surface is too dry for seed germination. Genes determining deep-seeding tolerance in barley were mapped using two doubled haploid populations derived from the following crosses: Harrington × TR306 (H/T)and Step toe × Morex (S/M). Significant quantitative trait loci (QTLs) for deep-seeding tolerance were found in each population. Two QTL sex plained 40% of the phenotypic variation in the H/T population and one QTL (S/M) 8% of the total phenotypic variance. Multiple QTLs accounting for coleoptile length and first internode length were detected in both populations. In the H/T population, there were coincident QTLs for deep-seeding tolerance, coleoptile length and first internode length on the long arm of chromosome 5H. These QTLs correspond with previously reported QTLs for abscisic acid and gibberellic acid response. QTL coincidence may be due to the pleiotropic effects of alleles at a single locus. This information may be useful for breeding programs manipulating morphological and physiological traits in order to develop varieties for semi-arid regions. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

玉米耐深播主效QTL qMES20-10的精细定位及差异表达基因分析

干旱是影响玉米(ZeamaysL.)产量最主要的环境因素之一,具有耐深播特性的玉米种质材料能够吸收土壤深层水分,具有较强的耐旱性,因此研究玉米耐深播性状的遗传机制具有重要的理论和应用价值。本实验室前期已利用耐深播玉米自交系3681-4与普通自交系X178构建的F_(2:3)群体,在玉米10号染色体上定位到了一个耐深播主效QTLqMES20-10。本研究在此基础上,以X178为轮回亲本,结合前景选择和背景选择,构建了BC_3F_(3:4)家系,对qMES20-10迚行了确证;幵迚一步利用分子标记辅助选择构建了高代回交群体,将其精细定位于133.3～136.0Mb的区间之内。同时,利用从BC_3F_(3:4)家系中筛选出的两个近等基因系,迚行差异表达基因分析,发现差异表达基因主要参与了化学性应激反应、氧化还原反应和对氧化胁迫的应激反应。本研究结果为迚一步兊隆耐深播主效QTL qMES20-10奠定了基础。     

不同播深环境下玉米耐深播性状杂种优势及遗传效应解析

为确定玉米耐深播性状的杂种优势表现及遗传规律,本研究以耐深播性不同的22份亲本及组配的22份F₁杂交种为试材,在3、15和20 cm播深下,采用加性-显性-母体遗传模型(ADM)分析了13个耐深播性状的杂种优势、遗传效应及配合力大小。结果表明,随播深增加玉米亲本和F₁的出苗率、苗长、根长、中胚轴粗及根重降低,而中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘和、中胚轴与胚芽鞘比、胚芽鞘粗、苗重、中胚轴重及胚芽鞘重升高;Pearson和主成分分析(PCA)表明,这13个性状间的协同或拮抗作用形成了玉米耐深播响应机制。13个耐深播性状的杂交优势表现明显,F₁杂种优势指数介于90.97%~175.64%;除中胚轴与胚芽鞘比、胚芽鞘重外,其余性状均表现为正向中亲和超亲优势。因此培育耐深播玉米品种时不仅需要注重对高亲、中亲及母本等主要基础材料的选择,还需兼顾杂种优势的影响,以提高育种选择效率。中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘和、中胚轴与胚芽鞘比及根长的加性遗传效应占主导地位,育种上可用简单回交法或单交重组法在早代对这些性状进行遗传改良;其余性状同时受加性与显性遗传主效应及其与环境互作效应的调控,这些性状最好在特定播深环境下进行遗传改良,以充分发挥其在特定环境下的杂种优势。13个耐深播性状的双亲一般配合力(GCA)及F₁特殊配合力(SCA)间均差异显著,筛选出1份综合加性效应值良好的父本8802A,推测利用优良H21×8802A后代能改良创制一些优良耐深播玉米材料。本研究为玉米耐深播新品种培育奠定了理论基础。     

不同玉米自交系耐深播能力的差异分析

以45个玉米自交系为材料,在播深10 cm和15 cm条件下,研究了出苗率、根数、根长、中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴和胚芽鞘之和、苗长与玉米耐深播性的关系。结果表明,随着播深的增加,根长、中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴和胚芽鞘之和大体呈增加趋势,而出苗率、根数、苗长呈下降趋势。不同播深条件下出苗率和胚芽鞘长度的变异系数较大;而根长、根数和中胚轴的变异系数较小。在10 cm播深条件下的出苗率与胚芽鞘长、根长和苗长显著相关,而15 cm条件下的出苗率与中胚轴长、中胚轴和胚芽鞘之和、根数、根长、苗长显著相关。15 cm播深条件下的鉴定结果可以反映不同品种的耐深播能力。因此,在15 cm条件下,用出苗率、根数、根长、中胚轴长、中胚轴和胚芽鞘之和以及苗长按耐深播性强弱将45份自交系分成3组;同时,将45份自交系划分为Lancaster、四平头、PA、PB、BSSS和旅大红骨共6个亚群,其中Lancaster（Lan）、四平头(SPT)、PA的出苗率、根数、根长、中胚轴长、中胚轴和胚芽鞘之和以及苗长较高,含有较多耐深播系和中等耐深播系,为重要的耐深播种质类群。     

不同玉米自交系耐深播能力的差异分析

以45个玉米自交系为材料,在播深10 cm和15 cm条件下,研究了出苗率、根数、根长、中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴和胚芽鞘之和、苗长与玉米耐深播性的关系。结果表明,随着播深的增加,根长、中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴和胚芽鞘之和大体呈增加趋势,而出苗率、根数、苗长呈下降趋势。不同播深条件下出苗率和胚芽鞘长度的变异系数较大;而根长、根数和中胚轴的变异系数较小。在10 cm播深条件下的出苗率与胚芽鞘长、根长和苗长显著相关,而15 cm条件下的出苗率与中胚轴长、中胚轴和胚芽鞘之和、根数、根长、苗长显著相关。15 cm播深条件下的鉴定结果可以反映不同品种的耐深播能力。因此,在15 cm条件下,用出苗率、根数、根长、中胚轴长、中胚轴和胚芽鞘之和以及苗长按耐深播性强弱将45份自交系分成3组;同时,将45份自交系划分为Lancaster、四平头、PA、PB、BSSS和旅大红骨共6个亚群,其中Lancaster（Lan）、四平头(SPT)、PA的出苗率、根数、根长、中胚轴长、中胚轴和胚芽鞘之和以及苗长较高,含有较多耐深播系和中等耐深播系,为重要的耐深播种质类群。