玉米自交系京724和郑58的产量配合力及杂种优势研究

以优良玉米自交系京724和郑58为试材,采用NCII遗传交配设计,以京92、京2416、昌7-2、黄早四、京24、Lx9801等14个黄改群自交系为测验种,杂交组配所得28个杂交组合,调查测定杂交组合和自交系的子粒产量,分析京724和郑58与黄改群自交系的产量配合力及杂交种的杂种优势特性。结果表明,自交系京724子粒产量的一般配合力效应值为7.03,极显著高于郑58;杂交组合京724/京92(京科968)子粒产量的特殊配合力相对效应值在全部组合中最高,达23.71。京724与系列黄改系组配组合的子粒产量均值显著高于郑58所配组合;京724与系列黄改系所配组合的超标优势均值显著高于郑58所配组合;京科968的杂种优势指数与郑单958相当。     

基于SNP芯片揭示中国玉米育种种质的遗传多样性与群体遗传结构

【目的】选择具有重要育种价值的玉米自交系进行遗传多样性与群体遗传结构解析,为玉米育种实践提供指导和参考。【方法】选用344份具有广泛代表性和时效性的玉米自交系,其中包括美国主要杂种优势群、由国内地方种质发展来的杂种优势群、由美国商业化杂交种选系发展来的杂种优势群以及近年来在中国玉米育种中应用的新种质。利用北京市农林科学院玉米研究中心自主研发的包含3 072个SNP位点的Maize SNP3072芯片对供试自交系进行全基因组扫描,揭示其遗传多样性与群体遗传结构。【结果】在344份自交系中,3 072个SNP标记所检测到的基因多样性为0.028—0.646,平均为0.442;多态信息含量(PIC)为0.028—0.570,平均PIC值为0.344。群体遗传结构分析表明,K=8时,△K值最大,即本研究所采用的自交系群体可以划分为8个类群,分别为旅大红骨群、黄改群(又称塘四平头群)、Iodent群、兰卡斯特群、P群、改良瑞德群、瑞德群和X群,其中前7个群已有报道且基本被育种家所公认,第8个群为近年来以X1132X等杂交种作为基础材料选育出的优新种质,命名为X群。比较8个类群,遗传分化系数(Fst)为0.319—0.512,遗传距离为0.229—0.514。AMOVA结果表明类群间存在显著的遗传变异,占总遗传变异的38.6%,类群内的遗传变异占58.1%。PCA(主成分分析)结果显示,X群与黄改群、兰卡斯特群遗传关系较远,与Iodent群遗传关系较近。各类群平均基因多样性分析结果表明,随着类群改良年代的增加,类群平均基因多样性降低,其中X群种质平均基因多样性最高;进一步分析表明,美国种质类群(兰卡斯特群、瑞德群和Iodent群)和国内地方种质改良系(旅大红骨群和黄改群)核心材料多样性下降幅度较大,P群和改良瑞德群核心材料下降幅度较小,X群核心材料则没有下降趋势,说明X群核心材料仍然保留了较高的遗传多样性,未来还有很大的育种潜力可挖掘。【结论】近年来,以X1132X等杂交种所构建的基础材料选育而成的京724等系列优良自交系,区别于其他已知的7大类群,可以单独成群,称之为X群。该群与黄改群之间存在较远的遗传距离,从分子水平验证了"X群×黄改群"这种强杂优模式具有良好的应用潜力。     

玉米骨干自交系京2416杂种优势及遗传重组解析

【目的】 玉米骨干自交系京2416是以（京24×5237）×京24构建基础选系群体,利用高大严及同群优系聚合等选系技术选育的优良黄改群自交系。以其为父本育成的审定品种已有20多个,其中代表性品种京农科728,突破了黄淮海夏玉米籽粒机收技术瓶颈,成为中国首批通过国家审定的机收籽粒品种。通过分析京2416与X群种质的杂种优势,及其形成过程中的重组事件和黄早四基因组片段传递规律,解析京2416形成的遗传机制,以期为黄改系的进一步遗传改良提供参考。【方法】 选用黄早四、京2416及其2个选系亲本（京24和5237）为材料,与5份X群代表性自交系根据NCII遗传设计组配杂交组合,利用F₁产量相关性状单穗粒重的中亲优势、超高亲优势值和配合力效应值评估4份黄改系的杂种优势。对4份黄改系及5份X群自交系进行测序深度约为18×的全基因组重测序,用BWA、GATK等软件进行序列比对和变异检测,基于获得的SNP和InDel标记信息,利用GCTA和Treebest软件进行主成分分析和系统发生树构建,同源传递片段（identity-by-descent,IBD）使用IBDseq软件识别。【结果】 通过比较分析黄早四、京2416、京24、5237与5份X群代表系所配杂交组合的F₁产量相关性状发现,与其他3份材料（黄改系京24、5237和黄早四）相比,京2416具有更高的超高亲优势和一般配合力。基于全基因组重测序数据,分析重现了京2416形成过程中的重组事件,明确京2416的基因组组成,选系亲本京24和5237在京2416基因组中保留的比例分别为80.96%和19.04%。利用基因组测序数据解析从黄早四到京2416的IBD片段,结果表明,京2416从京24和5237 2个选系亲本中聚合了全部的9个重要黄改系特征性选择区域。【结论】 骨干自交系京2416在遗传改良过程中,通过染色体重组聚合选系亲本京24和5237所有的9个重要黄改系特征性选择区域,从分子水平解释了京2416与X群代表系表现出更高配合力的遗传基础。     

玉米茎秆抗倒伏遗传的研究进展

茎秆倒伏严重影响玉米产量、品质和机械化收获,是当前玉米生产和育种亟待解决的主要问题之一。加强对玉米茎秆抗倒伏性的研究,对提高品种抗倒伏能力具有重要意义。本文综述了玉米茎秆倒伏的主要影响因素及其遗传特征。茎秆倒伏与茎秆自身的强度密切相关。茎秆强度越高,抗倒伏性越强。茎秆强度受茎秆所处的发育阶段、茎秆内部结构和外部形态,及其细胞壁成分等影响。处于分生组织的茎秆细胞分裂旺盛,较易折断,而进入生殖生长后,茎秆表皮、厚壁组织增厚,维管束发育成熟,对茎秆的支撑作用增强。茎秆细胞壁的主要成分——纤维素、半纤维素、木质素、可溶性糖、无机物等均可提升茎秆强度。目前,研究者借助高通量表型平台,利用玉米连锁群体和自交系群体,采用各种定位方法,鉴定到一系列影响茎秆形态、强度、细胞壁成分的相关QTL和候选基因。研究表明,基于单倍型的QTL定位方法比基于单个SNP的定位效果好。一致性QTL分析将不同遗传群体的研究整合到一起,能够提高QTL结果的通用性。茎秆强度的遗传基础复杂,受微效多基因控制,位点间具有加性效应。茎秆成分QTL中的候选基因涉及细胞壁代谢、转录因子、蛋白激酶等。MAIZEWALL是玉米细胞壁相关基因的重要数据库。目前该数据库包含1 156个玉米细胞壁生物学相关的候选基因,为该领域的深入研究提供强大的资源。已鉴定到一系列影响玉米茎秆细胞壁成分、茎秆形态和强度的基因,其功能涉及纤维素合成路径,如纤维素合成酶类、Cobra类、糖基转移酶和核糖转运蛋白类;苯丙烷路径基因,如控制bm1—bm5的相关基因;植物激素类,如赤霉素、生长素、油菜素甾醇相关基因;转录因子如NAC、MYB;miRNA（ZmmiR528）以及F-box基因（stiff1）等。今后应积极探索不同发育时期玉米茎秆倒伏的力学机制;广泛发展自然群体或育种群体进行遗传分析;采取多种定位策略,提高抗倒伏相关基因鉴定的功效;针对优良等位基因,开发各类分子标记,加强抗倒伏分子标记辅助选择。本文将为玉米茎秆抗倒伏遗传机制解析及抗倒伏玉米品种的分子育种提供参考。     

6个玉米单倍体诱导系诱导率的差异性研究

利用6个玉米单倍体诱导系对6个玉米自交系通过杂交进行单倍体诱导, 分析不同单倍体诱导系诱导率的差异性。结果表明, 6个不同诱导系的诱导率均值存在显著差异, 依次为京科诱043(6.06%)>京科诱044(5.45%)>京科诱045(5.24%)>京科诱006(4.11%)>京科诱041(2.45%)=京科诱005(2.45%)。6个自交系与同一诱导系杂交得到的单倍体诱导率均值也存在显著差异, 依次为自交系京724(5.53%)>农系531(5.42%)>京007(5.28%)>京24(3.78%)>京92(3.37%)>郑58(2.38%)。     

秋水仙素浸芽法处理玉米单倍体的加倍效果研究

试验采用28个育种材料的玉米单倍体籽粒,使用0.06%秋水仙素溶液浸泡幼芽上部和幼芽全部,研究秋水仙素对玉米单倍体的加倍效果的影响。结果表明,3年中不同秋水仙素浸芽方法处理玉米单倍体的成活率、授粉率和结实率之间的差异达到显著或极显著水平。浸泡幼芽上部处理能够明显减轻药害,缩短缓苗时间,提高单倍体植株的加倍效果,成活率、授粉率和结实株率均是浸泡幼芽全部处理的1.5倍左右,而且浸泡幼芽上部处理的授粉率和结实率分别是对照的2倍和4倍以上。     

不同基因型玉米材料的单倍体诱导和加倍研究

利用12份不同基因型F1进行单倍体杂交诱导与自然加倍研究,分析不同材料单倍体诱导率和加倍结实率的差异性。结果表明:12份不同基因型F1的单倍体诱导率和加倍结实率都存在显著的差异,诱导率最高达11.03%,最低为3.34%;加倍结实率最高达13.20%,最低为2.61%。2组正反交组合的单倍体诱导率差异较小,而其中1组正反交组合的加倍结实率存在显著差异,最高相差3.34%。单倍体的雄穗加倍率与加倍结实率存在极显著的相关性,且雄穗正常散粉植株加倍获得稳定纯系的比例较高,达89.52%。     

玉米自交系京2416×京92改良后代收获时子粒含水量配合力分析

利用玉米黄改群自交系京2416和京92及其213个改良后代为基础材料,以京464、京724、京MC01为测验种,采用NCII杂交设计方法,杂交组配得到645个组合,调查杂交组合收获时子粒含水量,分析213个改良后代收获时子粒含水量的配合力及遗传特性。结果表明,收获时子粒含水量一般配合力优于原始高值亲本的自交系有京2416J92-049等68个,特殊配合力优于原始高值亲本的杂交组合有京2416J92-192×京464、京2416J92-210×京724、京2416J92-009×京MC01等177个。结合一般配合力和特殊配合力筛选出京2416J92-192×京464、京2416J92-210×京724、京2416J92-200×京MC01等57个优良杂交组合。通过遗传参数分析表明,收获时子粒含水量的广义遗传率为73.70%,狭义遗传率为65.82%,可以进行早代选择。     

不同种植地点对玉米单倍体自然加倍率的影响

2010年研究不同种植地点对来源于一个育种材料的玉米单倍体自然加倍率的影响。结果表明:不同地点种植玉米单倍体自然加倍率有明显差异,甘肃春季播种玉米单倍体加倍率最高,其次为海南冬季种植,北京春播种植加倍率最低。甘肃春季播种和海南冬季播种比其他地点种植更有利于玉米单倍体自然加倍。     

玉米自交系京92遗传改良研究

【目的】对京科968父本自交系京92进行遗传改良,为选育早熟、高产、多抗的优良自交系奠定基础。【方法】利用自交系京92与同群优系京2416杂交后选育的280份改良自交系为材料,调查花期、植株、穗部、产量等性状,分析京92在花期、植株、穗部和产量性状的改良效果。【结果】280份改良系与京92在花期、植株、穗部和产量性状上均呈显著性差异,且各个性状都存在较大的变异系数。其中有69.23%的改良系吐丝期早于京92,31.81%的改良系穗位高低于京92,30.77%的改良系株高低于京92,34.34%的改良系穗长大于京92,79.53%的改良系穗粗大于京92,22.82%的改良系行粒数多于京92,70.00%的改良系穗行数多于京92,23.49%的改良系收获时籽粒含水量低于京92,44.63%的改良系单株产量高于京92。【结论】通过同群优良自交系京2416对自交系京92进行遗传改良,产生的后代变异类型丰富,选育出了12个比京92花期早、植株性状、穗部性状和产量性状都优良的自交系。