优质青贮玉米自交系筛选与评价

以448份玉米自交系为材料,对玉米全株的品质含量指标蛋白、淀粉、中性洗涤纤维(NDF)及酸性洗涤纤维(ADF)进行评价,筛选高蛋白/淀粉、低纤维的青贮玉米自交系。结果表明,在所有供试材料中,蛋白含量变化不大,淀粉含量与纤维(NDF、ADF)含量极显著负相关。以淀粉、NDF和ADF品质含量为指标,通过聚类分析,筛选出7份高淀粉(47.50%~51.20%)、低纤维(ADF为9.08%~12.93%,NDF为26.67%~31.07%)含量的青贮玉米自交系,分别为P124-3、P125-12、P128-1、P132、13634-3、12099-2和12906-1。     

玉米株高和穗位高的全基因组关联分析

以580份遗传多样性丰富的玉米自交系为关联群体,利用分布于全基因组的31 826个单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms,SNPs)分别对株高和穗位高性状3年表型值及BLUE(Best Linear Unbiased Estimate)值进行全基因组关联分析。结果表明,4个环境下共检测到58个显著性SNPs,共定位的SNPs有6个,其中3个与株高显著关联,4个与穗位高显著关联。在共定位显著标记440 kb范围内,共检测到76个关联基因,其中66个有基因描述,53个基因在GO(Gene Ontology)富集分析中得到分类,可归类到20类生物过程、10类分子功能以及8类细胞组成。综合基因功能注释和GO富集分析结果,预测了7个可能与株高和穗位高性状有关的候选基因。     

四大玉米杂优类群自交系的全株饲用营养价值分析

对我国现行的四大玉米杂优类群中25个自交系的全株玉米营养价值进行了初步测定,结果表明:在四大玉米杂优类群中,瑞德群的粗蛋白(CP)含量最低,粗脂肪(CF)含量最高,中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量居中;兰卡斯特群的ADF含量比其它类群低;塘四平头类群的CF含量最低,NDF和ADF含量却最高;旅大红骨群的NDF含量最低,CP含量最高。单株鲜重、单株干重、粗蛋白、粗脂肪和中性洗涤纤维含量在四大类群之间无显著性差异。旅大红骨群与塘四平头群之间的NDF含量有显著差异;ADF含量在兰卡斯特群和瑞德群、塘四平头群和旅大红骨群之间存在着显著性差异。     

玉米叶片表皮蜡质相关性状的全基因组关联分析

为发掘玉米叶片表皮蜡质合成与调控相关基因,以218份由温带、亚热带和热带自交系组成的关联群体为材料,在原阳对其3个生物学重复叶片表皮挂水能力进行调查,利用1.25 M覆盖玉米全基因组的SNPs进行Q、K和Q+K这3种模型下的全基因组关联分析。结果表明,Q模型较K模型和Q+K模型能更好地评价叶片表皮的挂水能力。Q模型下,共检测到88个覆盖玉米9条染色体的显著SNPs（P ≤ 2.04E-6）,88个SNPs分布于47个QTLs内,单个QTL可解释13.6%~45.6%的叶片挂水能力表型变异,47个QTL内共有97个候选基因,其中,77个具有功能注释。位于第2染色体上的转录因子NAC77（GRMZM2G018436）和第3条染色体上的亚油酸酯氧合酶（GRMZM2G156861）编码基因,是叶片表皮蜡质性状的重要候选基因。     

四大玉米杂优类群自交系的全捌饲用营养价值分析

对我国现行的四大玉米杂优类群中25个自交系的全株玉米营养价值进行了初步测定，结果表明：在四大玉米杂优类群中，瑞德群的粗蛋白（CP）含量最低，粗脂肪（CF）含量最高，中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量居中；兰卡斯特群的ADF含量比其它类群低；塘四平头类群的CF含量最低，NDF和ADF含量却最高；旅大红骨群的NDF含量最低，CP含量最高。单株鲜重、单株干重、粗蛋白、粗脂肪和中性洗涤纤维含量在四大类群之间无显著性差异。旅大红骨群与塘四平头群之间的NDF含量有显著差异；ADF含量在兰卡斯特群和瑞德群、塘四平头群和旅大红骨群之间存在着显著性差异。     

氮对玉米杂交种F_(2:4)家系秸秆品质性状及分离特性的影响

在施氮和不施氮两种条件下,对农大108 F_(2:4)家系秸秆主要品质性状中的粗蛋白(CP)、粗脂肪(CF)、酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量进行了初步分析.结果表明,两种氮肥处理之间以及不同家系之间各营养成分含量差异均达极显著水平;增施氮肥有利于提高秸秆的粗蛋白和粗脂肪的含量,降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的含量;两种氮水平条件下,不同家系之间秸秆各主要营养成分含量的变异性分离均符合正态分布,并存在不同程度的双向超亲分离;不同基因型的玉米对氮素的敏感性各异.相关分析表明,无论在施氮或不施氮条件下,CP与CF以及ADF与NDF分别呈极显著正相关(平均r=0.42和0.95),而CP与ADF、NDF均呈极显著负相关(平均r=-0.58和-0.62).     

温热带玉米株高的全基因组关联分析

以365份遗传背景丰富的玉米自交系为材料,采用自主研发的55K芯片,在海南三亚、河南新乡和北京顺义3个环境下对玉米自交系株高进行全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)。结果表明,株高在3个环境下变异非常丰富,有从低纬度到高纬度逐渐增加的趋势,株高在基因型、环境、基因型与环境互作方面均达极显著差异水平。全基因组关联分析表明,不同环境下均检测到与株高显著关联的位点,在第1、3、5、6、7、8号染色体上均发现了显著关联的SNP。新乡和顺义环境下,在bin5.05区段发现了显著关联的SNP;三亚和顺义环境下,在bin6.05区段发现了显著关联的SNP。对关联分析显著的SNP位点比对到B73参考基因组上,在maizeGDB网站上得到22个最可能的候选基因,为探索玉米株高遗传机制提供参考。     

氮对玉米杂交种F2∶4家系秸秆品质性状及分离特性的影响

在施氮和不施氮两种条件下,对农大108 F_2∶4家系秸秆主要品质性状中的粗蛋白(CP)、粗脂肪(CF)、酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量进行了初步分析。结果表明,两种氮肥处理之间以及不同家系之间各营养成分含量差异均达极显著水平;增施氮肥有利于提高秸秆的粗蛋白和粗脂肪的含量,降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的含量;两种氮水平条件下,不同家系之间秸秆各主要营养成分含量的变异性分离均符合正态分布,并存在不同程度的双向超亲分离;不同基因型的玉米对氮素的敏感性各异。相关分析表明,无论在施氮或不施氮条件下,CP与CF以及ADF与NDF分别呈极显著正相关(平均r=0.42和0.95),而CP与ADF、NDF均呈极显著负相关(平均r= -0.58和-0.62)。     

玉米子粒脂肪含量的全基因组关联分析

利用分子标记对控制玉米脂肪合成的关键基因进行定位,从分子水平上阐明其遗传机理,提高高油玉米的育种效率。以吉林省80份核心玉米自交系为关联群体,2014年和2015年分别在吉林农业大学试验地进行田间试验,将自交收获的果穗晾晒脱粒后用NIRFlex N-500近红外光谱仪测定其子粒脂肪含量。同时使用Illumina PE150测序仪对80份玉米自交系进行全基因组重测序,共获得1 490 007个高质量的SNP用于后续的关联分析。结果表明,玉米子粒脂肪含量的变异范围为2.83%~6.81%,广义遗传力为63.3%。经过两年1点的全基因组关联分析共筛选得到10个SNP位点与子粒的脂肪含量显著关联(P0.000 001),解释的表型贡献率为0.65%~34.5%,其中位于染色体框4.01的SNP标记表型贡献率最高为34.5%。在显著性SNP位点(P0.000 001)的连锁不平衡区域(5.2 kb)内共挖掘出6个候选基因,分别预测编码MYB转录因子、果胶酯酶、谷氨酰胺合成酶和3种无特征功能的假定蛋白,可能与脂肪的合成代谢密切相关,可为高油玉米材料的分子标记辅助选择及克隆调控玉米子粒脂肪含量的关键基因提供参考。     

玉米功能性Insertｉon/Deｌetｉon(InDeｌ)分子标记的挖掘及其在杂交种纯度鉴定中的应用

InDel作为重要的遗传标记已被广泛用于作物连锁图谱的构建及多样性研究。通过生物信息学方法从玉米全基因组水平进行InDel标记的挖掘并对其在玉米杂交种纯度鉴定中的应用进行分析,根据B73全基因组序列(第二版)及Mo17的二代电子拼接序列发现了40 000多个InDel位点,其中约有11 400个含有InDel位点的序列可用于特异性引物的开发。新发展的143个代表基因(<1 kb)或基因内部的功能性InDel标记在B73及Mo17间得到了验证并用于玉米杂交种纯度的鉴定。经过分析,共有13个共显性InDel标记在6个杂交种亲本间表现出明显的长度多态(>50 bp)。结合玉米子粒DNA快速提取方法,利用这些共显性InDel标记对6个杂交种1 400多个样本纯度进行鉴定,结果显示该方法可以快速、准确、经济地鉴定玉米杂交种纯度。     

密度压力下东北地区玉米自交系选系的研究

采用NCⅡ设计,对选自东北地区骨干自交系所组配的基础材料(PHBIM×昌7-2)S3代的5个不同株系在不同密度环境下(6×104、9×104、1.2×105、1.5×105株/hm2)的产量表现及其一般配合力和特殊配合力进行研究。结果表明,1.2×105株/hm2密度压力下选择的5个自交系其一般配合力均为正值,12W-C最高为10.52,特殊配合力最高值的组合亲本也来源于1.2×105株/hm2密度下选择的自交系,并且该密度下选育的自交系能组配出产量高于对照品种数量最多的组合,其中小区产量最高的组合为PHGJ4×12W-A。在4种选系密度中,1.2×105株/hm2为基础选系材料PHB1M×昌7-2选系的最佳密度。     

玉米百粒重全基因组关联分析

以100份玉米自交系为材料,通过对2019-2020年山西榆次和太谷两地百粒重数据的测定,计算最佳线性无偏差预测值,结合均匀分布于玉米基因组的44 935个SNP标记,基于GLM模型和FarmCPU模型对百粒重进行全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)。关联分析结果表明,共鉴定到25个与百粒重显著关联的SNP(P<2.324e^-5),其中,关联位点1＿274302441、1＿298518163和9＿32699254位于已定位粒重QTL(Quantitative trait loci)的bin内。在显著SNP位点的连锁不平衡范围内共挖掘出28个候选基因,其中,GRMZM2G116640(乙酰氨基葡萄糖转移酶)、GRMZM2G048733(ABA受体蛋白)、GRMZM2G106424(14-3-3类蛋白)和GRMZM2G024104(谷氨酰胺合成酶)等是重要的百粒重候选基因。     

白僵菌与苏云金芽胞杆菌水悬浮剂研制及田间防治玉米螟研究

通过室内生物测定,研究球孢白僵菌和苏云金芽胞杆菌联合防治玉米螟的效果。研究表明,确定白僵菌与苏云金芽胞杆菌浓度分别为1.0×106孢子/mL、1.0×109孢子/mL条件下,杀虫效果达到最佳,LT90为6.64(±0.07)d,较1.0×109的Bb LT90缩短26.06%。通过助剂悬浮率、乳化效果以及助剂对微生物活性影响等确定1个白僵菌与苏云金芽孢杆菌水悬浮剂剂型配方。田间防治玉米螟结果表明,两种生防菌均在防治过程中起作用,田间玉米受害株数、活虫数均明显低于未施药对照,防治效果优于单一使用白僵菌或苏云金芽胞杆菌。     

玉米耐盐基因ZmHKT1的序列变异分析

HKT(High-affinity potassium transporter,高亲和性钾转运蛋白)基因所编码的蛋白能起到维持植物体内的Na+/K+平衡的作用。在作物中HKT蛋白主要通过排出叶片中的Na+,从而提高植物耐盐性。对54份玉米自交系材料的Zm HKT1基因及上游序列进行多态性分析。结果表明,在3 784 bp的序列中,共有194个SNP和32个In Del。大部分变异集中在基因上游序列和内含子区,编码区的变异相对较少,说明编码区在进化和人工选择中承受了更大的选择压力。根据序列变异情况可将54份玉米自交系材料划分为15个单倍型,上游序列主要存在3种单倍型,而基因序列存在9种单倍型。遗传重组和连锁不平衡分析发现,全长序列只有3次重组事件发生,上游序列存在着非常强的连锁不平衡。     

玉米Non-Reid群产量因素遗传改良效果及杂种优势和配合力分析

以No-Reid优良自交系PH4CV、PHB1M为基础材料,采用DH技术和常规技术方法,经过两轮改良,育成4个改良系,以4个改良系及PH4CV、PHB1M为父本,5个Reid优良自交系为母本,作5×6不完全双列杂交,设置3个密度梯度,研究单株产量的遗传增益、杂种优势及配合力。结果表明,第二轮改良系J1881,在3个密度下单株产量遗传增益高于原基础系和第一轮改良自交系;第一轮改良系J9D207、J1577遗传增益高于原始基础系。3种密度梯度下,4个改良系与Reid自交系单株产量杂种优势普遍存在,杂种优势最高的组合为J1590×J9D207、J1590×J1881。3个密度下,第二轮改良系J1881均有较高一般配合力,稳产性较好。     

利用近等基因系定位玉米无叶舌基因的研究

2008年发现隐性遗传的无叶舌突变株,经过连续自交后育成无叶舌自交系黄早四lg.为了充分挖掘并利用玉米无叶舌优异的基因资源,分别以5个玉米骨干自交系为轮回亲本、黄早四lg为供体亲本进行回交转育,获得相应的无叶舌自交系吉V203lg、K10lg、吉V088lg、吉V152lg和哲461lg,同时获得5对玉米无叶舌性状的近...     

玉米DCL1基因鉴定及其自然等位变异分析

根据生物信息学分析,同源性克隆分离玉米DCL1候选基因,鉴定该基因组织与逆境响应等表达特征,并分析其自然等位变异。结果表明,目标候选基因全长7 408 bp,与拟南芥和水稻DCL1基因氨基酸序列高度保守,相似度分别为91%和77%。mRNA定量PCR分析表明,该基因在幼叶和吐丝期雌穗中表达丰度分别是幼茎的75.35倍和16.21倍;高盐、脱水、ABA、低氮、低磷胁迫处理条件下,幼苗中高盐和ABA处理呈下调表达,低氮和低磷处理呈显著上调表达,脱水处理无显著变化。核苷酸与氨基酸序列的保守性、组织与逆境响应差异表达特征均与拟南芥和水稻等相似。87份玉米自交系10×全基因重测序数据分析结果表明,该基因遗传变异丰富,共83个位点存在自然变异,但外显子区域和主要的功能结构域序列相对保守,约2/3的自然变异集中在内含子区域,外显子区域的27个自然变异位点只有8个位点在16个材料存在氨基酸差异。     

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。     

玉米穗型和粒型性状的GWAS及其关联位点驯化和改良分析

以32份大刍草、68份玉米地方品种和来源广泛的294份玉米自交系为材料,在对294份玉米自交系进行简化基因组测序的基础上,采用GWAS方法对11个玉米穗型和粒型性状进行关联分析。结果表明,11个性状共检测到44个关联的SNP位点,其中,28个位点与6个穗型性状相关联,16个位点与3个粒型性状相关联。进一步整合32份大刍草和68份地方品种相应位点的序列数据,44个关联位点中共发现29个SNP在3类群体间共有。通过Fisher的精确检验发现,7个SNP的等位基因频率在大刍草到地方品种中发生了显著变化,14个SNP的等位基因频率在地方品种到自交系中发生了显著变化,3个SNP的等位基因频率则在大刍草到地方品种以及地方品种到自交系中均发生了显著变化,表明这些位点可能经历了驯化或/和人工改良。