基于两个相关群体的玉米7个主要农艺性状遗传分析和QTL定位

株高、穗位高、穗位比、叶面积、叶形系数、散粉-吐丝时间间隔(ASI)和雄穗分枝数等是影响玉米生态适应性、抗倒性、耐密植能力及生产潜力的重要农艺性状。因此,以TS141为共同亲本,分别与廊黄、昌7-2杂交,构建2套F2群体(LTpop、CTpop)为试材,分析了7个农艺性状的杂种优势,探讨了其与单穗重间的相互关系,并进行相关性状QTLs的检测及效应分析。结果表明:1)2个F1杂交种的穗位比和ASI表现为明显的中亲优势,其余5个性状均呈明显的正向超亲优势;F1杂种优势指数和相对杂种优势均表现为株高穗位高雄穗分枝数叶面积叶形系数ASI穗位比,而F2优势降低率表现为叶面积株高穗位高雄穗分枝数ASI叶形系数穗位比。2)单穗重与ASI呈显著负相关,与其余性状间均呈显著正相关;除雄穗分枝数外,利用逐步回归分析成功构建了单穗重与其余6个农艺性状间的最优多元线性回归方程。3)利用CIM法在2套F2群体间总共检测到56个QTLs位点,单个QTL的表型贡献率介于4.22%~15.74%。其中株高、穗位比、ASI和雄穗分枝数均受加性和非加性效应的调控,而其余性状均受非加性效应的调控;进一步分析,在2套F2群体中总共检测到12个稳定表达的sQTLs位点,分别位于Bin1.07(umc1278~bnlg1025)调控株高、Bin1.08~1.10(mmc0041~phi308707)调控叶面积、Bin2.02(umc1823~umc2363)调控ASI、Bin4.06(bnlg1621a~umc2027)同时调控穗位高和穗位比、Bin4.09(umc2287~umc2360)同时调控ASI和雄穗分枝数、Bin6.05(umc2040~bnlg1174a)调控ASI、Bin7.00(umc2177~umc1378)调控雄穗分枝数、Bin8.08(umc1005~umc2218)调控穗位比、Bin10.01~10.02(bnlg451~umc1337)同时调控株高和穗位比。为玉米相关性状的育种应用、精细定位及基因克隆提供有益参考。     

基于两个相关群体的玉米6个穗部性状QTL定位

深入剖析玉米(Zea mays)穗部性状的遗传机理,可为利用穗部性状选育高产玉米品种提供参考。因此,本研究利用大穗型玉米自交系TS141为共同亲本组配了2个F_1杂交组合,分别自交产生了202个(POP1)和218个(POP2)个体的F_2群体,利用复合区间作图法(composite interval mapping,CIM)对2套F_2群体的雌穗个数、单穗重、穗轴重、百粒重、穗长和出籽率等6个穗部性状进行QTLs分析。结果表明,2个F_1杂交种的雌穗个数、单穗重、百粒重和穗长呈明显的正向超亲优势,穗轴重虽呈正向超亲优势但不明显,出籽率表现为明显的中亲优势。2个F_1杂交种的F_1杂种优势指数和相对杂种优势表现一致,均为单穗重雌穗个数穗长百粒重穗轴重出籽率,而2套F_2群体的F_2优势降低率表现为单穗重雌穗个数穗长百粒重穗轴重出籽率。2套F_2群体间总共检测到了49个QTLs,这些QTLs分布于玉米10条染色体上,单个QTL的表型贡献率介于4.10%~15.73%。单穗重和出籽率QTLs以加性遗传为主,雌穗个数、百粒重和穗长QTLs以非加性遗传为主,穗轴重QTLs的加性和非加性遗传同等重要。在POP1和POP2群体中同时检测到8个稳定表达QTL(stable QTL,sQTL),分别为位于Bin1.03-1.04处同时调控单穗重、穗轴重和出籽率的sQTL,Bin1.06-1.07处调控出籽率的sQTL,Bin4.04处调控百粒重的sQTL,Bin6.05处调控雌穗个数的sQTL,Bin7.02处调控出籽率的sQTL和Bin9.04处调控穗轴重的sQTL。这些研究结果可为进一步剖析玉米穗部性状分子遗传机理奠定基础,且这2个遗传背景下稳定表达的sQTLs可作为玉米穗部性状分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)、精细定位及基因克隆的候选位点。     

水杨酸对玉米种子萌发早期耐旱性的影响

为了探讨水杨酸(SA)引发对干旱胁迫下玉米种子生理生化特性的影响,以郑单958玉米品种为试验材料,在15℃黑暗下用0.1 mmol/L的SA引发处理36h,在15％的PEG-6000模拟干旱条件下吸胀不同时间(0,12,24,36,48 h),研究SA引发对干旱胁迫下玉米种胚、胚乳和种皮生理生化特性的影响.结果表明,干旱胁迫期间,种胚中CAT活性、胚乳中可溶性糖含量、种皮中可溶性蛋白含量增加.相对未引发种子,SA引发显著提高了种子CAT活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量.因此,0.1 mmol/L SA引发处理可以提高玉米种子萌发早期的抗旱性.     

水杨酸引发处理对低温吸胀期间玉米种子生理指标的影响

为明确水杨酸(SA)引发处理下玉米种子在低温吸胀期间生理指标的变化规律,以玉米品种郑单958种子为试验材料,用0.1 mmol/L SA引发处理玉米种子36 h,在15℃低温下吸胀不同时间(0、12、24、36、48 h),研究SA引发处理对玉米种子胚、胚乳及种皮在低温吸胀期间生理指标的影响。结果表明,SA引发处理显著提高玉米种子的发芽率;随着吸胀时间的延长,种子浸出液核苷酸含量呈先降低后升高的趋势,种胚可溶性糖含量呈先下降后上升的趋势,胚乳的POD活性呈逐渐上升趋势,种皮的CAT活性呈先上升后降低的趋势。与未引发种子相比,SA引发处理在大部分吸胀时间里,表现为可提高玉米种子胚乳和种皮的可溶性糖含量,增加胚、胚乳和种皮的可溶性蛋白含量,增强胚乳和种皮的CAT和POD活性,降低种子浸出液中核苷酸含量,从而增强玉米种子对低温胁迫的抵抗能力。     

8种水旱环境下2个玉米群体穗部性状QTL间的上位性及环境互作效应分析

深入剖析干旱胁迫条件下玉米穗部性状的遗传机制可为玉米抗旱高产分子育种提供参考依据。以大穗型旱敏感自交系TS141为共同亲本,分别与小穗型强抗旱自交系廊黄和昌7-2杂交,构建了含有202个(LTPOP)和218个(CTPOP)家系的F2:3群体,在8种水旱环境下进行单穗重、穗轴重、穗粒重、百粒重、出籽率及穗长等6个穗部性状的表型鉴定,并采用复合区间作图法(CIM)和基于混合线性模型的复合区间作图法(MCIM)对其进行单环境和多环境联合数量性状位点(QTL)分析。结果表明,采用CIM法,单环境下在2套F2:3群体间检测到62个穗部性状QTL,其中干旱胁迫环境下检测到38个QTL,进一步在2套F2:3群体多个干旱胁迫环境下检测到10个稳定表达的QTL (sQTL),分别位于Bin 1.01–1.03、Bin 1.03–1.04、Bin 1.05、Bin 1.07、Bin 1.07–1.08、Bin 2.04、Bin 4.08、Bin 5.06–5.07、Bin6.05和Bin 9.04–9.06。采用MCIM法,联合分析定位到54个穗部性状联合QTL,其中24个表现显著的QTL与环境互作(QTL×E), 17对参与了显著的加性与加性/显性(AA/AD)上位性互作,其表型贡献率较低。这些研究结果可为系统地剖析玉米穗部性状的分子遗传机制提供理论依据;且这2套F2:3群体多个环境下检测到的sQTL可作为穗部性状改良的重要候选染色体区段,用于图位克隆或抗旱高产分子育种,但要注重环境及上位性互作效应的影响。     

基于两个相关群体的玉米7个主要农艺性状遗传分析和QTL定位

株高、穗位高、穗位比、叶面积、叶形系数、散粉-吐丝时间间隔(ASI)和雄穗分枝数等是影响玉米生态适应性、抗倒性、耐密植能力及生产潜力的重要农艺性状。因此, 以TS141为共同亲本, 分别与廊黄、昌7-2杂交, 构建2套F₂群体(LTpop、CTpop)为试材, 分析了7个农艺性状的杂种优势, 探讨了其与单穗重间的相互关系, 并进行相关性状QTLs的检测及效应分析。结果表明: 1)2个F₁杂交种的穗位比和ASI表现为明显的中亲优势, 其余5个性状均呈明显的正向超亲优势;F₁杂种优势指数和相对杂种优势均表现为株高>穗位高>雄穗分枝数>叶面积>叶形系数>ASI>穗位比, 而F₂优势降低率表现为叶面积>株高>穗位高>雄穗分枝数>ASI>叶形系数>穗位比。2)单穗重与ASI呈显著负相关, 与其余性状间均呈显著正相关;除雄穗分枝数外, 利用逐步回归分析成功构建了单穗重与其余6个农艺性状间的最优多元线性回归方程。3)利用CIM法在2套F₂群体间总共检测到56个QTLs位点, 单个QTL的表型贡献率介于4.22%~15.74%。其中株高、穗位比、ASI和雄穗分枝数均受加性和非加性效应的调控, 而其余性状均受非加性效应的调控;进一步分析, 在2套F₂群体中总共检测到12个稳定表达的sQTLs位点, 分别位于Bin1.07(umc1278~bnlg1025)调控株高、Bin1.08~1.10(mmc0041~phi308707)调控叶面积、Bin2.02(umc1823~umc2363)调控ASI、Bin4.06(bnlg1621a~umc2027)同时调控穗位高和穗位比、Bin4.09(umc2287~umc2360)同时调控ASI和雄穗分枝数、Bin6.05(umc2040~bnlg1174a)调控ASI、Bin7.00(umc2177~umc1378)调控雄穗分枝数、Bin8.08(umc1005~umc2218)调控穗位比、 Bin10.01~10.02(bnlg451~umc1337)同时调控株高和穗位比。为玉米相关性状的育种应用、精细定位及基因克隆提供有益参考。     

PEG模拟干旱胁迫下玉米胚芽鞘长与其抗旱性的关系分析

以6份抗旱性不同的玉米自交系为试材,用不同浓度的PEG-6000(polyethylene glycol,PEG)渗透溶液进行模拟干旱胁迫处理,分析玉米萌芽期中胚轴长、胚芽鞘长及苗长的变化,并将其与田间干旱胁迫处理下相应玉米自交系产量及产量相关性状的抗旱指数进行相关分析,以期揭示萌芽期玉米幼苗相关性状与其抗旱性的关系。结果表明:(1)萌芽期随着PEG浓度增加,玉米自交系胚芽鞘长、中胚轴长及苗长都呈下降趋势,其中苗长降低幅度最大,平均降幅为14%,中胚轴长次之,平均降幅为11%;(2)方差分析表明,不同玉米自交系幼苗的中胚轴长、胚芽鞘长在自交系间及PEG浓度间差异极显著,苗长在PEG浓度间差异极显著;(3)花期田间干旱胁迫下,各玉米自交系的千粒重、穗粒数及产量较正常灌溉明显下降,且其平均降幅分别为8%、14%、13%;(4)通过玉米田间产量及产量相关性状抗旱指数与萌芽期各性状相关性分析表明,中胚轴长与千粒重、穗粒数及产量的抗旱指数呈显著或极显著正相关。胚芽鞘长与千粒重、穗粒数及产量的抗旱指数呈极显著正相关,而在5%的PEG-6000渗透溶液模拟干旱胁迫下,胚芽鞘长与千粒重抗旱指数相关系数最高为0.832。因此,胚芽鞘较长的自交系其抗旱性较强,胚芽鞘长度可作为玉米早期抗旱性筛选的重要指标。