供氮和不供氮条件下玉米穗部性状的QTL定位

【目的】分析供氮（+N）和不供氮（-N）2种条件下玉米穗部性状QTL定位结果的差异，挖掘在-N条件下特异表达的主效QTL，为玉米的氮高效分子育种提供理论依据。 【方法】以优良玉米自交系许178（氮高效）×K12（氮低效）衍生的150个F₇代重组自交系（recombinant inbred lines，RILs）为试验材料，在+N和-N 2种处理条件下进行2年的田间试验，对玉米的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和单株产量共5个穗部性状进行表性鉴定。使用基于混合线性模型（mixed liner model，MLM）的最佳线性无偏预测法（best linear unbiased prediction，BLUP），结合2年的表型数据，估计各家系各性状在不同氮水平下的育种值。然后利用QTL IciMapping V4.0软件的完备区间作图法（inclusive composite interval mapping，ICIM）对这5个性状的育种值进行+N和-N条件下的QTL分析。 【结果】玉米的穗长、穗粗和穗行数在不同氮水平下差异不大，而行粒数和单株产量在-N条件下呈现出显著降低的结果。两种氮水平下共定位到20个穗部性状QTL，其中+N条件下定位到11个QTL，包括穗长2个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量5个。-N条件下定位到9个QTL，包括穗长1个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量4个。这些QTL分布在除第2染色体以外的其余染色体上。两种氮水平下定位到5个“一致性QTL”，分别为qEL7a，qED7a，qRNE9b，qGYP1a和qGYP6a，这5个“一致性QTL”具有较高的表型贡献率，在不同氮水平下的贡献率均超过了10.00%。在-N条件下共发现4个特异表达的QTL，分别为qRNE9a，qKNR6a，qGYP3a和qGYP8a，其中qRNE9a和qGYP3a是贡献率超过10.00%的主效QTL。无论是在+N还是-N条件下，都发现了控制不同性状的基因之间紧密连锁或是同一个基因的一因多效现象，这与穗部各性状间的高度相关性表现一致。 【结论】控制玉米穗部性状的基因在不同氮水平下的特异性表达直接导致了玉米穗部性状表型上的差异。5个“一致性”主效QTL和2个在不供氮条件下特异表达的主效QTL，均有利于提高玉米抵抗低氮胁迫的能力。研究中发现的几个控制玉米穗部性状的QTL富集区可能存在一些关键基因，值得进一步研究。     

多环境下玉米株高和穗位高的QTL定位

【目的】通过对玉米株高和穗位高进行多环境的QTL分析,寻找能够稳定表达的株高和穗位高主效QTL,以为玉米理想株型的分子育种提供理论依据。【方法】以优良玉米自交系许178×K12衍生的150个F7代重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)群体为试验材料。首先,从Maize GDB中选取495个SSR标记进行亲本间多态性筛选,利用具有多态性的标记进行群体基因型分析,使用Map Maker V3.0软件划分标记的连锁群并构建遗传连锁图谱。其次,采用Ici Mapping V4.0软件的完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)进行2年3点(陕西榆林、陕西杨凌、辽宁葫芦岛,2014—2015年)表型值及育种值的株高和穗位高QTL分析。最后,对株高和穗位高进行条件QTL分析,对照非条件QTL分析的结果,探讨株高和穗位高在QTL水平上的遗传关系。【结果】构建的遗传连锁图谱共包含191个SSR标记,图谱全长2 069.1 c M,平均图距10.8 c M。6种环境和育种值中,共检测到10个株高QTL和8个穗位高QTL,分布于第1、3、4、5、6、7、8和10染色体上,LOD介于3.25—8.36,加性效应值介于-6.41—8.70,单个QTL贡献率在6.96%—27.41%。这些QTL中有6个能在3种及以上环境中被检测到,且贡献率大于10.00%,是控制株高和穗位高的主效QTL。位于染色体Bin5.01/5.02区域同一位置的2个QTL在6种环境中被检测到,LOD介于3.25—6.48,加性效应值介于4.05—8.70。位于染色体Bin3.03/3.04区域同一位置的2个QTL在5种环境中被检测到,LOD介于4.71—8.36,加性效应值介于4.93—6.36。位于染色体Bin6.02区域同一位置的2个QTL在3种环境中被检测到,LOD介于3.52—5.21,加性效应值介于4.38—8.16。它们的增效等位基因均来自母本许178。条件QTL分析和非条件QTL分析的结果表明,这3个染色体区域的6个QTL是3个同时控制株高和穗位高的一因多效位点。【结论】玉米株高和穗位高的遗传受环境影响较大,大部分QTL只能在1种或2种环境中被检测到,3个主效QTL可以在3种及以上环境中被检测到,能够稳定地遗传,且贡献率高,有望在分子育种上得到应用。     

不同玉米自交系子粒脱水速率及其与主要影响性状的相关分析

为了明确不同群体玉米自交系子粒脱水特征差异和影响玉米脱水速率的主要性状与子粒脱水间的关系,以陕A群、陕B群选育的8份玉米自交系和2份骨干自交系(昌7-2和PH4CV)为试验材料,分析了不同玉米自交系的子粒脱水速率、收获期子粒含水率、子粒灌浆速率、苞叶性状、果穗性状、叶面积、叶绿素含量、株高、穗位高及产量构成等变化特征及其与子粒脱水间的相互关系。结果表明:不同玉米自交系子粒脱水速率呈现"快-慢-较快-慢-较快-慢"的变化趋势。子粒脱水速率与收获期子粒含水率、苞叶平均含水率、苞叶层数、苞叶长度、穗粗、粒长、粒宽、叶面积、SPAD值、子粒灌浆天数等性状呈显著负相关关系,与苞叶脱水速率存在显著正相关关系,与株高、穗位高和子粒产量间相关性不显著。不同自交系间的子粒脱水速率、收获期子粒含水率、苞叶含水率、苞叶脱水速率等指标差异明显,KB043、KA105和KB024自交系的子粒脱水速率快、产量较高,可在宜机收品种选育时作为快速脱水材料加以考虑。     

两种密度下不同玉米品种的高产稳产及适应性分析

运用变异系数法、回归系数法、高稳系数法、非参数度量法、AMMI模型等分析方法,以产量为指标,在两种密度下,对7个玉米品种在7个地点的产量特征及适应性进行分析。结果表明,郑单958、CX712和陕单609在低密度和高密度条件下均表现出较高的生产潜力和较强的稳定性,具有良好的适应性,适合在西北地区推广种植。以丰产指数Pi和P′i等多个参数为指标,进行类平均法(UPGMA)系统聚类分析,7个品种可被划分为四类,Ⅰ类为CX712、陕单609和郑单958;Ⅱ类为农华101;Ⅲ类为先玉335;Ⅳ类为陇单9号和真金8号。     

陕A群和陕B群选育玉米自交系的子粒脱水特性研究

以陕A群、陕B群选育11份不同熟期玉米自交系为材料，通过播期调整使所有材料同天授粉，同时利用烘箱法和电子水分测量仪法测定不同时期玉米子粒含水率，分析子粒水分动态变化规律和子粒脱水特性。通过比较分析两种方法，发现授粉35DAP后两种方法测定的子粒水分含量显著相关(P<0.05)，此阶段电子水分测量仪法可替代烘箱法。聚类分析显示，可将11个试验材料划分为5种脱水类型，KB182和KA225为早熟脱水快型；KB207属于早熟脱水慢型；中熟材料KB089、KA147和XCA-1属于渐进脱水型；KA105属于晚熟脱水快型，KA327、2082和KB020属于晚熟脱水慢型。中熟材料KB089和晚熟材料KA105在同一熟期材料中达到最大灌浆速率所需时间较短，具有较快的灌浆速率且生理成熟期后脱水速率快的特点，可作为高产宜机收品种选育的优异种质应用于育种实践。     

基于全基因组关联分析解析玉米籽粒大小的遗传结构

玉米籽粒大小是产量重要构成因子之一,也是受多基因调控的复杂数量性状,挖掘玉米籽粒大小相关性状的关键调控基因,将有助于提高玉米的产量。本研究以212份优良玉米自交系为材料,于2018年和2019年分别对粒长、粒宽和粒厚进行测定,并结合均匀分布于玉米基因组的73,006个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记进行全基因组关联分析。基于FarmCPU算法,在玉米的10条染色体上检测到47个与籽粒大小相关性状关联的SNP。结合B73玉米自交系籽粒发育的动态时空转录数据,在显著SNP标记的连锁不平衡区域内,共检测到58个与籽粒大小相关的候选基因,其编码的蛋白与多种蛋白存在互作关系,参与并调控多个与籽粒发育密切相关的生物学过程。本研究为解析玉米籽粒发育的分子调控机制,改良籽粒大小和提高作物产量提供了新的参考。