12份美国玉米自交系配合力评价

以12份引进美国解禁玉米自交系为供试材料,4份课题组骨干玉米自交系(KA105、KA064、KB043和KB204)为测验种,采用NC-II遗传交配设计,进行配合力测定与分析。结果表明,测验种KA105和KA064产量一般配合力(GCA)效应表现优良,供试美国玉米自交系中PHPR5、MBST、LH213、2FACC、LH212Ht、LH209和PHR47产量GCA效应表现优良。杂交组合PHPR5×KA105、LH213×KA105、PHH93×KA105、2FACC×KA064、LH212Ht×KA105、PHPR5×KB204产量的超标优势较强,可进一步试验。     

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。     

玉米杂交种穗部性状的全基因组关联分析

【目的】玉米穗部性状是产量的重要构成因子,利用全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）方法解析玉米杂交种穗部性状的遗传基础、挖掘与穗部性状相关的位点,为功能基因克隆和高产玉米品种培育提供参考。【方法】选用115份来源于陕A群和陕B群的优良玉米自交系和4份国内骨干作为亲本,以基于NCⅡ遗传交配设计获得的442份玉米杂交种为材料构建关联群体,调查2个环境中群体材料的穗长、穗粗、穗行数等8个穗部性状;利用tGBS技术检测亲本基因型,推测出F₁杂交种的19 461个高质量SNP,结合杂交种表型和基因型开展基于加性、显性及上位性模型的穗部性状的全基因组关联分析,并利用公共数据库中玉米穗发育相关组织的转录组数据和基因的注释信息预测候选基因。【结果】表型数据分析结果显示,试验群体的8个穗部性状均符合正态分布,表型变异为3.78%—45.25%。方差分析表明,8个穗部性状的环境效应和基因型效应均呈现极显著水平（P<0.001）,广义遗传力为54.15%—68.89%。同时玉米杂交种穗部性状间呈现显著正相关或显著负相关。利用加性和显性模型分别检测到16个和3个显著SNP,上位性模型检测到79个上位性位点。3种模型检测的显著位点累积解释各性状38.21%—60.69%的表型变异,其中,加性模型检测到的显著SNP累积解释的表型变异为0.00—41.26%,上位性模型检测到的位点累积解释的表型变异为15.18%—45.36%。基于加性和显性模型检测的显著SNP的效应分析发现多数位点呈现加性和部分显性效应,仅2个为超显性。进一步分析发现,7个单SNP和5个上位性位点能够解释5%以上的表型变异。根据SNP的位置以及基因的表达信息预测了17个候选基因。【结论】玉米杂交种穗部性状主要受加性、上位性效应影响,显性效应影响较小;加性和显性模型检测的SNP主要表现为加性和部分显性效应,可通过聚合有利等位基因改良目标性状。     

源于陕A群、陕B群玉米自交系在不同密度条件下配合力分析

采用NC-II遗传设计,以郑58、昌7-2为测验种,与17份高密度条件下筛选的玉米自交系组配成34份杂交组合,2014—2015年分别于陕西杨凌、长武、榆林进行3种密度(45 000、67 500和90 000株hm–2)配合力分析试验。采用PROC VARCOMP分析不同密度条件下产量及耐密性相关性状的遗传效应,采用频率直方分布图研究不同密度条件下产量及耐密性相关性状一般配合力(GCA)平均数的变化规律,利用AMMI评价玉米自交系与杂交组合的稳定性。结果表明,产量、倒伏率、茎秆强度主要受加性遗传效应控制,空秆率主要受非加性遗传效应控制。加性遗传效应对产量及耐密性相关性状的贡献率随种植密度的增加呈上升趋势。玉米自交系产量、空秆率、倒伏率、茎秆强度的一般配合力频率均属于正态分布,随着种植密度的增加,产量GCA的平均值提高了0.28,空秆率GCA平均值降低了0.21,倒伏率GCA平均值降低了0.03,茎秆强度GCA平均值增加了0.02。玉米杂交组合产量与玉米自交系产量GCA密切相关(r=0.877**,r=0.811**,r=0.672**)。随着种植密度的增加,表现稳定的玉米自交系及杂交组合的数量呈上升趋势。因此,强化逆境选择压力,实施高密度选择策略,是增强玉米自交系耐密性和抗倒性,提升一般配合力,实现产量增益的有效措施。