玉米叶片保绿性遗传研究进展

综述了玉米叶片保绿性的概念、分类、生理特点、遗传特性和保绿性QTL定位等研究进展,并对玉米保绿性遗传研究进行了展望。     

玉米叶片保绿性生理机理及遗传特性研究进展

本文从玉米叶片保绿性的概念出发 ,综述了保绿型玉米的划分、分类及其生物学特性 ,讨论了玉米保绿性的可能生理机理 ,以及与保绿性相关的植株性状的遗传特性 ,并提出了下一步将要研究的问题。     

玉米叶片保绿性研究进展

综述了玉米叶片保绿性的概念、分类及其与产量、抗性的关系以及遗传特性等研究进展。并对今后玉米保绿性研究进行展望,以期对玉米保绿性研究提供参考。     

玉米单倍体诱导败育数量性状位点定位及全基因组选择

对玉米单倍体诱导败育的遗传分析,降低籽粒败育程度,增加玉米植株果穗结实籽粒数,使其能够减少败育率的同时产生更多数量具有利用价值的单倍体籽粒,加快玉米双单倍体育种技术进程。选用生物诱导情况下表型性状显著差异的玉米自交系B73和郑58为亲本材料进行杂交构建F_2∶3群体,采用液相48k探针捕获技术进行基因型检测,对玉米生物诱导F_2∶3群体孤雌生殖单倍体产生过程中的胚败育率、胚乳败育率进行数量性状位点(QTL)定位和全基因组选择。结果表明,胚败育率、胚乳败育率受到环境、基因型和环境与基因型互作的影响极显著,遗传力分别为0.49、0.44。基于3个不同环境下对胚败育率进行QTL定位,共检测到了8个控制胚败育率的QTL分别位于1、2、7、9、10号染色体上,定位到1个主效QTL位点,能够解释胚败育率表型变异的10.20%。共检测到了控制胚乳败育率的11个QTL,其中有2个主效QTL分别解释了胚乳败育率表型变异的11.15%、11.63%。胚败育率和胚乳败育率共同定位到了一个位于2号染色体上的位点,属于一因多效位点。胚败育率、胚乳败育率全基因组选择结果表明...     

玉米叶片保绿性研究进展

综述了玉米保绿性的指标体系及其与植株含水量、产量、抗逆性的关系,分析了保绿型玉米高产生理生化机制及玉米叶片保绿性的生理生化机理研究进展,并探讨了影响玉米叶片保绿性的基因与环境因素以及玉米保绿性的特性研究情况,以期为玉米的保绿性研究提供参考。     

玉米生育期相关性状QTL定位

生育期是玉米重要的性状之一,其中抽穗期、散粉期和吐丝期是3个最重要的指标.以玉米自交系LDC-1和YS501构建的186个重组自交系为材料,在2个大田种植环境下对抽穗期、散粉期和吐丝期3个生育期相关性状进行QTL解析.基于Maize10k芯片数据构建总长为2569.89 cM的高密度遗传图谱,共包含2624个bin,相...     

我国主要玉米自交系叶片保绿性分析

对我国30份主要玉米自交系保绿性进行鉴定,结果表明:大部分自交系保绿性一般或较差,从供试材料中筛选出4份保绿性较强的玉米自交系178、沈3195、沈137和齐319,分别来源于旅大红骨类群(国内地方种质)和PB类群(国外引进种质),可用于改良类群内其他材料的保绿性.     

玉米苗期淹水性状全基因组关联分析

以329份来源广泛的玉米自交系为材料,在苗期进行淹水处理,测定耐淹水相关指标,利用Farm CPU模型通过全基因组关联分析方法挖掘玉米苗期耐淹水性状的关联位点。结果表明:玉米苗期淹水处理组与对照有较大差异,各个性状的变异系数普遍偏高,且具有不同的相关性。共检测到49个显著关联位点,其中与SPAD值和株高相关的显著位点较多。依据这些显著位点共预测到18个基因,其中与SPAD值有关的基因有7个。本研究可为解析玉米苗期耐淹水分子机制和培育耐淹水玉米新品种提供理论依据与耐淹水新种质。     

基于两个相关群体的玉米花期相关性状QTL定位

【目的】利用具有共同亲本黄早四的2个F2﹕3群体,定位控制玉米的抽雄期(DTT)、散粉期(DTP)、吐丝期(DTS)以及散粉-吐丝间隔期(ASI)的QTL,为玉米分子育种与相关基础研究提供参考和依据。【方法】以自交系齐319和掖478分别与黄早四杂交构建的230个和235个F2﹕3家系为定位群体(分别写作Q/H和Y/H),利用完备区间作图方法,对在不同生态环境下(2007-北京、2008-北京、2007-河南、2008-河南、2007-新疆以及2008-新疆)玉米花期相关性状进行QTL定位。同时利用基于混合线性模型的QTL Network-2.0软件进行基因×环境互作及上位性的分析。【结果】尽管4个花期相关性状的表现在2个群体中存在明显差异,但它们之间均呈现高度的相关性。在6个环境下对2个群体的4个性状进行了QTL检测,Q/H群体共定位到了85个QTLs,分布在玉米的10条连锁群上;Y/H群体共检测到了30个QTLs,呈现成簇分布。在Q/H群体中检测到2个重要的与多个性状相关且在不同环境条件下同时表达的QTL区域,分别位于第8染色体的umc1562—bnlg1651和第10染色体的phi062—umc1115区段;在Y/H群体中也检测到了1个与多性状相关且在多环境表达的QTL区域,位于第3染色体的nc030—umc2166区域。进一步分析发现,贡献率较大的QTL同时控制着多个性状。对比2个群体的定位结果,共检测到4个在不同遗传背景下的"一致性"QTLs。【结论】玉米花期相关性状的遗传机制较为复杂,而在不同环境及不同遗传背景下能够稳定存在的QTL可为这类性状的生产应用以及精细定位与图位克隆提供有价值的参考。     

玉米花期根系结构的表型变异与全基因组关联分析

【目的】根系作为植株吸收水分和养分的重要器官,对玉米生长及产量的形成至关重要。研究玉米根系结构的遗传机制指导玉米高产育种实践。【方法】以111份玉米优异自交系为材料,于2017年在北京、陕西永寿、山西定襄和河南原阳4个环境下对玉米地下节根层数（RLN）、地下节根总条数（TRN）、地下节根角度（RA）、地下节根面积（RS）、地下节根体积（RV）和地下节根干重（RDW）等6个玉米根系相关性状进行调查。取4个环境的平均值作为6个根系相关性状的表型数据,对6个相关性状进行统计分析和相关性分析,对不同年代、不同类群自交系的地下节根相关性状进行差异分析。基于该群体全基因组152 352个高质量SNP标记,利用FarmCPU模型进行全基因组关联分析获得显著关联SNP位点,并在LD衰减距离范围内查找候选基因,对候选基因的功能进行富集分析。【结果】表型分析表明,6个地下节根性状均呈现正态分布,且均显示出较高的遗传力;相关性分析结果表明,地下节根层数和总条数均与地下节根角度和面积呈负相关,地下节根的角度、面积、体积和干重等4个性状之间相互呈现显著正相关关系;不同年代的玉米地下根系结构存在差异,地下节根层数和总条数在年代的更替间表现出下降的趋势,地下节根角度和面积在年代更替间表现出上升的趋势,根干重和根体积在各年代间无显著差异;玉米地下根系结构在类群间也存在差异,旅大红骨类群的6个地下节根性状值均高于其余类群。全基因组关联分析共检测到26个SNP位点与地下节根层数、总条数、体积和干重性状显著关联（P<0.00001）,其中11个显著关联位点定位于前人报道的根系QTL区间内,2个显著关联SNP在地下节根层数和总条数中均被检测到。基于显著关联SNP位点共挖掘到177个候选基因,其中135个具有功能注释,Zm00001d037368可能为控制地下节根层数和总条数的一因多效候选基因。候选基因功能的富集分析结果显示,候选基因的功能主要涉及植物体内的代谢调节、应激反应、运输活性、催化活性、结合蛋白及细胞成分等。【结论】玉米自交系的根系结构在不同年代间和不同类群间存在不同程度的差异,采用全基因组关联分析策略挖掘控制玉米根系结构的相关遗传位点及候选基因,共检测到26个显著关联的SNP位点。     

玉米叶绿素含量的全基因组关联分析

目的 叶绿素含量与作物产量呈正相关。通过提高叶绿素含量来提高作物产量是作物育种的方向之一。因此,利用全基因组关联分析（genome-wide association study, GWAS）解析玉米叶绿素含量的遗传基础,可为玉米高光效理想株型设计育种提供理论指导。方法 以538份玉米自交系构成的关联群体为研究对象,在5个环境下,通过对其授粉后5 d的棒三叶（穗位叶、穗上叶、穗下叶）叶绿素含量进行测定,并借助覆盖玉米全基因组的558 629个单核苷酸多态性标记（SNPs）,利用3种模型（Q、K和Q+K）对叶绿素含量进行全基因组关联分析,随后选择最优模型的GWAS结果并结合eQTL（expression quantitative trait loci）分析对叶绿素含量的自然变异进行解析。结果 5个环境下,棒三叶叶绿素含量均遵从正态分布且叶绿素含量间呈正相关;方差分析表明棒三叶叶绿素含量的环境效应、基因型效应、基因型与环境互作效应均达到了极显著水平;此外,穗上叶、穗位叶和穗下叶叶绿素含量的遗传力分别为0.66、0.66和0.67。比较3种模型发现K模型对假阳性（I型错误）控制最好,在此模型下共检测到29个与棒三叶叶绿素含量显著关联的SNP（P≤3.99×10^-6）,涉及到18个位点,共有76个候选基因落在这18个位点内,其中85.5%（65/76）的候选基因具有eQTL,11.8%（9/76）的候选基因与对应表型显著相关（P＜0.05）,说明这9个基因可能是通过表达量变化来调控表型变异。在这76个基因中,60个候选基因有功能注释,功能涉及到能量代谢、物质输送代谢途径和生物合成调节等过程。此外还发现2个可以在不同环境或不同叶片共定位的位点,其中,共定位位点内的基因GRMZM2G074759编码一种与AAE3高度相似的酰基活化酶,该基因通过提高α-酮戊二酸（ALA）和草酰乙酸含量进而影响氨基酸生物合成,提高籽粒赖氨酸含量,改善玉米品质。此外,ALA的合成会促使叶绿素含量升高,进而提高作物产量,推测该基因为最可能的候选基因。结论 K模型对假阳性的控制效果最好,基于K模型,共检测到18个玉米叶绿素含量显著关联位点,发现多个参与叶绿素合成途径相关基因。     

玉米雄穗分枝性状的数量遗传分析

以2个株型不同的玉米自交系自330和PH4CV构成的6世代群体为材料,目测计数玉米不同群体雄穗分枝数量。通过P1、P2、F1、F2、B1和B2共6个世代联合分析法,以玉米雄穗分枝数为性状,研究控制玉米雄穗分枝性状的基因遗传分离规律。结果表明:该性状在F2分离世代群体呈双峰分布,B1和B2群体分离世代呈多峰分布,说明玉米雄穗分枝性状遗传为多基因数量性状控制,且符合加性-显性-上位性多基因遗传模型(即C模型)。显性效应起主要作用,多基因遗传力较高,在74.83%～80.42%之间,若选择雄穗分枝较少的自交系必须从基础材料入手。这一研究结果为玉米雄穗分枝选择提供方法和理论依据。     

控制玉米穗轴直径的基因遗传研究

以玉米(Zea mays L.)自交系M54和D34组成的六世代群体为材料,测量不同世代群体内穗轴直径。利用盖钧镒六世代联合分析法,研究控制玉米穗轴粗细的基因遗传分离规律。结果表明,次数分布中F2群体类似于偏正态分布,B1群体呈多峰分布,其中有两条主峰较为明显,B2群体主要呈多峰分布,其中一条主峰非常明显。通过群体AIC值进行适合性检验,该性状符合1对加-显主基因+加-显-上位性多基因遗传D模,主基因遗传率介于62.2%~69.3%之间,多基因遗传率介于20.8%~23.9%之间,主基因效应大于多基因效应,且以加性效应为主,该性状具有较高的育种值。     

玉米株型相关性状的全基因组关联分析

【目的】玉米株型性状与植株产量、光合效率、抗倒性等密切相关,是理想株型设计育种的基础,通过对玉米多个株型相关性状进行全基因组关联分析,构建玉米理想株型,为抗倒伏、耐密性的玉米新品种选育提供理论基础。【方法】以284份温带、亚热带和热带材料组成的关联群体为研究对象,在郑州与浚县2个环境下对玉米总叶片数（LN）、穗上叶片数（LNAN）、穗上叶片数与总叶片数比值（LNAN/LN）、株高（PH）、穗位高（EH）、穗位高与株高的比值（EH/PH）等6个玉米株型相关性状进行调查,借助覆盖玉米全基因组约56万个SNP标记,进行全基因组关联分析,以期为玉米新品种的选育提供理论依据。【结果】2个环境下,6个性状均表现为正态分布;大多数性状之间均存在高度正相关或负相关;方差分析表明这6个株型相关性状的基因型与环境以及基因型×环境的互作均达到显著水平。在选择最优关联分析模型时,发现Q模型假阳性较高,Q+K模型对假阳性的控制过于严格,而K模型的表现最好;在2个环境下,全基因组关联分析（K模型）共检测到56个显著SNP-性状关联（P≤3.99E-6）,这些SNPs共涉及5个性状的17个位点,每个位点解释的表型变异从7.97%-10.56%不等。同时发现有4个位点能够在2个环境中同时被检测到,表明这4个位点受环境影响较小,在不同环境下可以稳定存在。通过对显著关联的SNP上下游各50 kb范围内候选基因进行搜索,共发现80个候选基因,其中42个具有功能注释。例如,与株高和穗位高显著相关的基因GRMZM2G161293编码一个具有乙酰葡糖转移酶活性的蛋白,该酶催化UDP-N-乙酰氨基葡萄糖生成糖过程中的N-乙酰葡糖氨基残基的转移,可能通过影响玉米籽粒可溶性糖含量进而影响产量,推测其为最可能的候选基因。【结论】K模型对假阳性的控制效果最好,基于K模型的GWAS结果,一共检测到17个株型性状相关的位点。     

中国玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础解析

【目的】杂种优势利用是实现玉米高产育种的重要途径。解析玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础,对指导中国玉米骨干亲本高效利用和高产育种具有重要的理论研究意义与生产利用价值。【方法】以玉米黄改系杂种优势类群的骨干亲本黄早四为共同亲本与11个代表性自交系构建的、包含2 000个重组自交系(recombination inbred line,RIL)的巢式关联分析群体(nested association mapping population,NAM)为试验材料,分别与改良瑞德×黄改系杂优利用模式的代表自交系郑58和昌7-2进行测交,并在全国4个玉米主产区10个试验点开展测交群体的多环境产量及重要农艺性状鉴定。在开展NAM测交群体产量和重要农艺性状相关性分析、各性状在NAM群体及其测交群体之间相关性分析基础上,基于高密度遗传图谱,利用联合逐步回归(Joint stepwise regression)模型进行了NAM及其测交群体QTL定位和产量QTL的复等位遗传分析,并对NAM及其测交群体定位QTL所在区域的遗传重组率进行了比较。【结果】表型分析结果表明,2个测交群体的株高和产量相关性状(主...     

基于掖478导入系的玉米产量性状QTL鉴定

 目的】鉴定玉米产量相关性状基因位点及包含有利等位基因的导入系,为了解产量性状形成的遗传基础及针对玉米自交系产量性状的分子设计提供参考和依据。【方法】以QB80和Qi319为供体亲本,掖478为轮回亲本,采用回交结合定向选择,分别构建含有61和72个家系的基础导入系群体。通过2年4点田间试验,利用完备复合区间作图进行产量及其相关性状的QTL（quantitative trait locus,QTL）分析。【结果】4个环境下,在QB80为供体的导入系群体中,共检测到9个性状的49个QTL;在Qi319为供体的导入系群体中,检测到9个性状的42个QTL。在2个及以上环境中均检测到的QTL有16个。同一性状在不同环境下所检测的QTL定位在相同的染色体区域,不同性状的QTL也定位在相同或临近的染色体区域,形成多个QTL富集区。2个群体所检测的QTL位点具有较少的一致性,说明2个供体材料中含有不同的有利基因位点。同时,导入片段中含有利基因的导入系,其相关性状明显得以改良,这些导入系可用于QTL聚合以改良掖478的产量相关性状。【结论】QB80较Qi319与掖478间的遗传差异更大,能检测更多的产量性状QTL;2个导入系群体中含有优良等位基因的导入系可用于QTL聚合改良掖478;QTL富集区是为产量性状基因的克隆提供可供参考的重要染色体区域。     

玉米基因组学及农艺性状基因克隆研究进展

介绍了玉米(Zea mays L.)基因组学的研究发展历程,概述了玉米基因组学的研究进展。重点论述了玉米基因组的结构特征,玉米功能基因组学的发展现状,玉米重要农艺性状的基因克隆,包括株高和株型相关基因的克隆,产量相关性状基因的克隆以及品质性状相关基因的克隆,并展望了玉米基因组学的发展前景。