基于杂交种群体的玉米产量及其配合力的全基因组关联分析

【目的】通过分析陕A群和陕B群选育自交系组配的杂交种产量,评估自交系的配合力,并开展以产量和配合力为目标性状的全基因组关联分析,挖掘产量及其配合力的关联位点,为陕A群和陕B群选育玉米自交系的改良及育种中的应用提供依据。【方法】基于NCⅡ遗传设计,以陕A群和陕B群选育的85份优良玉米自交系为亲本,构建包含246份F₁的杂交种群体,在3个环境下进行产量测试,并评估产量的一般配合力和特殊配合力;利用6H90K芯片进行亲本基因型检测,获得63 879个高质量SNP标记,并进行群体遗传特征分析,在杂交种群体推测出高质量SNP标记55 951个,采用加性模型和非加性模型对杂交种产量、一般配合力和特殊配合力开展了全基因组关联分析,并基于B73参考基因组对显著关联SNPs内的基因进行挖掘和功能注释。【结果】3个环境下的产量表现符合正态分布且变异广泛,产量广义遗传力为59.04%,环境效应显著;杂交种产量、一般配合力和特殊配合力三者之间均达到极显著相关性,杂交种产量与特殊配合力的相关性（r=0.95）大于与一般配合力的相关性（r=0.62）;陕A群与陕B群遗传特征具有一定差异,陕A群具有较高的一般配合力。全基因组关联分析分别检测到7、5和9个SNP与杂交种产量、一般配合力和特殊配合力显著相关（-log₁₀(P)>3.86）,其中4个SNP为杂交种产量和特殊配合力共定位,最终锚定了17个关联SNP。对不同性状关联位点的优势等位基因型分析发现,4个GCA关联SNP受加性效应控制,F₁产量BLUE关联位点可分为4种表现形式,以显性效应为主,其杂合基因型为最优等位基因型或次优等位基因型。通过功能注释发现,候选基因在玉米生长发育和籽粒建成中特异表达,例如GRMZM2G165828、GRMZM2G057557均与玉米籽粒发育相关。【结论】一般配合力和特殊配合力共同影响杂交种的产量,特殊配合力效应影响更大;一般配合力和特殊配合力具有不同的遗传基础,可通过有利等位基因聚集提高一般配合力。在F₁杂交种群体采用全基因组关联分析策略可开展配合力相关遗传解析,挖掘产量及其配合力相关遗传位点,可加速关联位点在分子育种中的应用。     

基于F1群体的玉米株高与穗位高的全基因组关联分析

株高、穗位高是影响玉米耐密性的重要株型性状，明确玉米株高、穗位高的遗传基础有利于株型改良。基于NCⅡ遗传交配设计，以陕A群和陕B群选育的85个自交系组配的246份F₁群体为材料，进行株型表型评价，同时结合55 951个高质量SNPs标记，对株高、穗位高以及穗位系数进行全基因组关联分析。结果表明：株高、穗位高、穗位系数的遗传力分别为77.68%、77.04%、73.78%，且三者之间存在显著正相关。同时，通过全基因组关联分析检测到7、5、4个SNP与株高、穗位高和穗位系数显著相关，解释1.47%~ 25.27%表型变异。通过候选基因功能注释，共筛选到10个候选基因，涉及植物的生长发育、生物合成、响应非生物胁迫等过程，针对3个共定位区间和热点区间锚定 plt1、 atp2、 ZC3H46、 emp21等为候选基因。可见，通过株型表型鉴定及相关基因的挖掘，可为陕A群和陕B群两个玉米群体的株型改良提供理论基础。