基于混池测序及遗传图谱定位玉米雄穗分枝数基因

【目的】构建玉米雄穗分枝数极端混池和分子遗传图谱,对雄穗分枝数进行QTL定位,为探究玉米雄穗分枝数的发育机制及选育雄穗分枝数少的品种提供理论参考。【方法】将雄穗分枝少的自交系SNM131与雄穗分枝多的自交系HY813组配F_(2)代群体,统计群体各单株的雄穗分枝数,分析其遗传模式。从F_(2)代群体中分别挑选33个雄穗分株少的单株和38个雄穗分枝多的单株构建混池,对2个亲本和2个子代混池分别展开30×、17×和28×覆盖度的全基因组重测序,对测序数据进行关联分析,获得雄穗分枝数性状的定位区间。利用10K芯片对F_(2)代群体276个单株进行单核苷酸多态性(SNP)标记分型,所得数据用于构建遗传连锁图谱,并结合雄穗分枝数表型数据,利用全基因组复合区间作图法(GCIM)进行QTL定位。最后根据定位区间对应的B73参考基因组的物理区段上的基因注释信息,预测调控雄穗分枝数的候选基因。【结果】F_(2)代群体雄穗分枝数平均7.6个,F_(2)代群体在雄穗分枝数性状上偏向母本SNM131,以少雄穗分枝为主。全基因组重测序共获得1812886个SNP标记和24714个插入缺失标记(InDel),并基于混合分组分析法(BSA)进行雄穗分枝数性状分析,最终共获得6个显著关联区间,分布于玉米5、8和10号染色体。其中,10号染色体上一个峰值最高的关联区间(物理位置127.61~129.46 Mb),推测为控制雄穗分枝数性状的主效位点。构建的遗传连锁图谱包含2944个SNP标记,总图距3684.3 cM。基于遗传连锁图谱,利用GCIM法共定位到5个QTL,分别分布于1、4、6和10号染色体,单个QTL可解释1.9%~9.9%的表型变异。主效QTL被定位在10号染色体约0.56 Mb的物理区间(127.81~128.37 Mb),关联区间包含有15个有中、高功能变异位点的候选基因,其中TBN-S基因编码磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP),属于TFL1类基因,与花序分生和雄穗分枝数发育密切相关。【结论】通过田间表型鉴定、遗传连锁图谱构建和SNP标记定位,将控制玉米雄穗分枝数的主效QTL定位在10号染色体长臂约0.56 Mb物理区间内,包含15个中、高变异度的基因,预测TBN-S为候选基因。

玉米雄穗分枝数与主轴长的QTL鉴定

在包含103个SSR标记的连锁图谱基础上,运用复合区间作图法检测玉米组合(N87-1×9526)F3家系在正常与干旱胁迫环境下的雄穗分枝数与主轴长性状QTL。雄穗分枝数在正常环境下被检测到2个QTL座位,分别位于第5和7连锁群上;在胁迫环境下被检测到4个QTL座位分别位于2、5、7和10连锁群上,其中位于第5和7连锁群上的QTL不仅具有一致性而且与本作图群体中曾检测到的耐旱相关性状QTL存在连锁。雄穗主轴长在正常环境下被检测到2个QTL位于第2和第6连锁群上,在干旱胁迫环境下被检测到了3个QTL分别于第2、4和10连锁群上,其中位于第2染色体上的QTL是两种环境下所共同检测到的QTL。分析QTL的遗传作用方式表明,雄穗分枝数以部分加性效应为主,而雄主轴长全部表现为显性和超显性。

甜玉米雄穗分枝数的QTL定位

选用雄穗分枝数有显著差异的甜玉米自交系T14和T4为亲本配制杂交组合,以330个F2单株为作图群体,用复合区间作图法在玉米全基因组上检测控制雄穗分枝数的QTL。结果显示,在F2群体中检测到6个雄穗分枝数QTLs,位于玉米第2、4、9染色体上,对表型的贡献率为5.0%～17.4%;在F2∶3群体中检测到8个与甜玉米雄穗分枝数相关的QTLs,分别位于玉米第2、3、4、8染色体上,对表型的贡献率为3.5%～13.6%;对比F2和F2∶3的定位结果,挖掘到3个在两世代中表现稳定一致的QTLs,分别位于第2、4染色体上。

利用高密度SNP芯片定位玉米雄穗分枝数QTL

玉米雄穗分枝数是影响玉米产量的重要因素之一,研究控制玉米雄穗分枝数的QTL位点对玉米品种改良、分子辅助育种具有重要意义。本研究利用京科968的双亲京724和京92构建BC1F1群体,以Maize6H-60K高质量高密度SNP芯片鉴定群体基因型,获得28910个高质量多态性SNP,构建了包含2737个BIN标记的高密度遗传图谱,各染色体BIN标记数在145~512个之间,BIN标记平均遗传距离为0.56 cM。2021年将亲本及727个单株种植在北京,调查雄穗分枝数。采用QTL IciMappingV4.2的完备区间作图法进行雄穗分枝数QTL检测及定位,共检测到6个QTL,分别位于第2、5、6、7、8和9染色体,QTL的LOD值范围为3.18~11.08,揭示1.58%~5.59%的表型变异。通过物理位置比对,6个QTL中有4个与前人定位在相同区域,qTBN6和qTBN7尚未见报道。其中qTBN6的LOD为6.73,增效等位基因来自京724,具有负的加性效应,作用为减少雄穗分枝数。本研究为克隆调控雄穗分枝数功能基因奠定了基础。

基于SNP遗传图谱定位玉米雄穗分枝数和主轴长QTLs

以玉米雄穗分枝数差异显著的自交系豫086(分枝数多)和豫M 1-7(分枝数少)杂交获得F1,通过单粒传法获得含177个株系的F7 RIL群体。以玉米10 kb SNP芯片进行RIL群体基因分型,构建高密度遗传图谱,并利用QTL Cartographer 2.5对郑州和海南2个环境下玉米雄穗分支数(Tassel branch number,TBN)和玉米雄穗主轴长(Total tassel length,TTL)进行QTL分析。结果表明,构建的高密度遗传图谱覆盖玉米10条染色体,包含1 792个簇,覆盖基因组长度为2 109.45 cM,相邻簇之间平均距离为1.18 cM。在此图谱基础上采用复合区间作图法,在2个环境下共检测到了24个雄穗相关性状QTLs。其中7个与TBN相关QTL分布于第3, 8和10条染色体上,单个QTL的表型变异范围是6.74%~13.88%;其余17个为与TTL相关QTL,位于第1,3,5,6,8和9染色体上,单个QTL位点可解释5.59%~18.66%的表型变异。在2个环境下检测到了一个相同的TTL相关QTL位点(qTTL1-2)和2个既控制TBN又控制TTL的QTL位点(qTBN8郑州,qTTL8郑州;qTBN8-3海南,qTTL8海南)。

玉米雄穗分枝数主效QTL定位及qTBN5近等基因系构建

立足于发掘玉米雄穗分枝数优异基因资源,利用郑单958骨干亲本郑58和昌7-2构建的188个重组自交系(recombinant inbred line,RIL)家系群体,结合288个多态性分子标记构建的连锁图谱和2年玉米雄穗分枝数表型数据,运用完备复合区间作图法进行QTL定位,共检测到5个控制玉米雄穗分枝数的一致性主效QTL,分别位于玉米5条染色体上。通过连续回交及分子标记辅助选择构建了位于bin 5.05的控制雄穗分枝数主效QTL-qTBN5近等基因系(near isogenic line,NIL),对基因遗传效应进行了验证,并将qTBN5进一步定位在13.2 Mb区间之内,为玉米雄穗分枝数主效基因的精细定位及分子育种奠定基础。

基于掖478导入系的玉米雄穗分枝数QTL定位

为玉米雄穗分枝数的遗传改良和分子育种提供参考,以有掖478遗传背景的SL19-22导入系为母本与轮回亲本掖478杂交,构建F2群体,在3种生态环境下田间种植观察亲本及其F2群体的雄穗分枝数,并采用SSR标记和单标记作图法进行基因型鉴定和雄穗分枝数的QTL定位分析。结果表明:2016年在QY、SH和SF环境下,掖478亲本的雄穗分枝数分别为(17.5±2.5)个、(14.8±2.1)个和(19.0±2.4)个,SL19-22亲本分别为(10.2±2.4)个、(11.3±1.7)个和(12.9±1.7)个,F2群体分别为(12.9±2.7)个、(13.9±4.2)个和(14.5±3.8)个,且2亲本的雄穗分枝数差异达显著水平(P<0.05)。在SH和SF环境下,检测到在第5染色体umc1225位点处有1个控制雄穗分枝数的QTL位点,其对雄穗分枝数表型变异的贡献率分别为24.4%和33.9%。因此,雄穗分枝数较少的SL19-22亲本可作为种质材料进行雄穗分枝数改良,umc1225则可用于玉米雄穗分枝数的分子标记辅助选择育种。

玉米雄穗分枝数分化发育基因研究进展

为了挖掘玉米雄穗分枝数分化发育过程关键基因优异等位变异、开展玉米雄穗设计育种。综述了玉米雄穗分枝数QTL定位研究进展,阐释了控制玉米雄穗分枝数分化发育关键基因功能及其调控网络。指出了已定位的能稳定遗传的玉米雄穗分枝数主效QTL较少,而且通过突变体克隆的玉米雄穗分枝数分化发育基因表现出极端表型,不能直接应用于玉米育种实践。提出了通过构建玉米雄穗分枝数QTL近等基因系和根据雄穗分枝数分化发育关键基因特征在自然群体寻找优异等位变异的建议,有助于图位克隆玉米雄穗分枝数主效基因、挖掘玉米雄穗分枝数优异基因资源,从而进行玉米产量和株型相关性状的分子育种。

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。

基于高密度遗传图谱的玉米雄穗分枝数QTL定位

利用PD80和PHJ65组配的包含310个家系的重组自交系群体为材料,结合在3个单环境条件下的雄穗分枝数表型值和最佳线性无偏预测值,经完备区间作图法在包含8384个SNP标记的连锁图谱上共检测到11个QTLs,分别位于1、2、4、5、7、8染色体上,LOD值为4.99~11.42,表型贡献率为4.62%~11.80%。在2个以上单环境和BLUP值下重复检测到5个QTLs(qTBN1.1、qTBN2.1、qTBN4、qTBN5、qTBN7)。其中,qTBN1.1、qTBN5表型贡献率大于10%,属于稳定的主效QTLs,物理区间分别位于第1染色体303.01~304.87 Mb(B73_RefGen_v4_genomic)、第5染色体168.16~170.97 Mb。基于生物信息学分析及基因功能注释在2个主效QTL位点筛选出19个高表达的候选基因。

玉米雄穗分枝数Meta-QTL及候选基因分析

雄穗分枝数是影响玉米产量及抗逆性的重要因素之一,挖掘玉米雄穗分枝数相关基因对玉米品种改良及分子标记辅助育种具有重要的意义。借助IBM22008 Neighbors高密度玉米遗传图谱整合26篇已发表文献中定位的188个玉米雄穗分枝数QTL,采用元分析方法获得14个Meta-QTL(MQTL),经与水稻花序相关基因同源比对,获得4个玉米雄穗分枝数相关候选基因,分别位于玉米第2、7和8染色体上。玉米雄穗分枝数Meta-QTL及相关候选基因分析,可以为分子标记辅助育种及相关基因克隆提供实用信息。

控制玉米雄穗分枝数目和雄穗重的主效QTL的定位

利用2套具有共同亲本黄早四且分别含有230个及235个家系的F2:3群体,结合2年多点的表型鉴定,运用完备复合区间作图方法对不同生态环境下(2007-北京、2008-北京、2007-河南、2008-河南、2007-新疆以及2008-新疆)的玉米雄穗分枝数和雄穗重进行QTL定位。同时,利用基于混合线性模型的QTLNetwork-2.0软件进行基因×环境互作及上位性分析。6个环境下2个群体共检测到51个与雄穗分枝数和雄穗重相关的QTL(Q/H群体32个,Y/H群体19个),其中包括7个主效QTL,并在Q/H群体中确定了2个重要的QTL,即位于7.01bin的Qqtpbn7-1和位于7.02bin的Qqtw7-2。对比2个群体的定位结果,共挖掘到3个在不同遗传背景下的"一致性"QTL,这些在不同环境及不同遗传背景下能够稳定存在的QTL可为玉米雄穗相关性状的生产应用以及精细定位提供有价值的参考。

玉米雄穗分枝数性状遗传、杂种优势与亲子相关分析

以15个玉米F1代杂交种及8个亲本自交系为材料,在两种氮环境下研究了玉米雄穗分枝数的遗传力、杂种优势及亲子关系等。结果表明,玉米雄穗分枝数性状存在显著的基因型和基因型×氮水平互作差异,广义遗传力达0.52～0.86。该性状F1杂交种呈近中亲遗传和超显性遗传共存的特点,大多数组合表现出正向杂种优势。亲子相关分析表明,F1雄穗分枝数与父本、高亲值及中亲值之间相关性较高。研究结果为玉米育种关于雄穗分枝性状选择提供了一定的参考。

玉米品种通育189的雄穗分枝数F_(1)平均优势及遗传分析

针对PH6WC、PH4CV、B20、D1279及PH6WC×PH4CV、PH6WC×B20、PH6WC×D1279、D1279×PH6WC鉴定试验进行雄穗分枝数差异分析,PH6WC×D1279(通育189)组建6世代群体(P_(1)、P_(2)、F_(1)、B_(1)、B_(2)、F_(2)),运用主-多基因混合模型遗传分析方法对雄穗分枝数遗传进行分析。结果表明,通育189雄穗分枝数存在细胞质遗传效应,F1雄穗分枝数平均优势为28.57%~132.41%;雄穗分枝数遗传模型为2对主基因加、显、上+多基因加、显混合模型,2对主基因为正向完全显性,主基因上位性效应>显性效应>加性效应;主基因效应是多基因效应的41.25倍,主基因遗传率为27.58%~88.87%,多基因遗传率为0~41.78%。

玉米雄穗分枝数主效QTL qTBN7定位分析

染色体片段导入系群体作为次级作图群体,其遗传背景上仅有1~2个染色体片段来源于供体亲本,是精细定位控制复杂数量性状位点的理想材料。以掖478为遗传背景、齐319为供体亲本的染色体片段导入系CL103为父本,与背景亲本回交并自交构建含955个单株的F2分离群体,对控制玉米雄穗分枝数的主效QTL开展精细定位。结果表明,2017年北京昌平环境下,两个亲本雄穗分枝差异数达极显著水平,CL103平均雄穗分枝数为24.30,掖478平均雄穗分枝数为18.20,F2群体平均雄穗分枝数为22.03。参考B73RefGenv3,利用完备区间作图法将qTBN7精细定位在第7染色体物理位置110 088 645~110 160 101 bp区域内,LOD值为25.06,解释11.47%的表型变异,该区间包含14个候选基因,包括已报道的控制玉米雄穗分枝数的基因ramosa1(ra1)。

甜玉米雄穗一级分枝数QTL定位

【目的】为改良玉米雄穗性状．【方法】以雄穗一级分枝数有显著差异的超甜玉米自交系T4和T19为亲本，构建了包含232个单株的F：群体，考察雄穗一级分枝数，利用复合区间作图法进行QTL定位．【结果和结论】结果获得一张包含77个SSR标记的遗传连锁图谱，全长868．7cM，标记平均间距为11．28cM，共检测到4个与超甜玉米雄穗一级分枝数相关的QTL位点，分别位于玉米第4、7、8染色体上，可解释5．08％～17．71％的表型变异．主效QTL位点q船Ⅳ-4位于第8染色体，可解释17．71％的表型变异．这些QTLs将为雄穗一级分枝数的分子标记辅助选捧提供依据．

不同环境下玉米雄穗分枝数和主轴长的QTL分析

合理的雄穗结构是协调玉米雌雄穗发育和增加产量过程中重要的农艺性状。本研究以掖488×Va35-2构建的230个F_(2:3)家系,结合2个环境下的表型鉴定,运用复合区间作图法(CIM)对不同生态环境下的玉米雄穗分枝数和雄穗主轴长进行QTLs定位和效应分析。结果表明,F2:3家系在单个环境下总共检测到7个雄穗分枝数QTLs和8个雄穗主轴长QTLs,分别位于第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第9和第10号染色体上,且单个QTL的表型贡献率介于3.38%~17.01%之间。其中在2个环境下同时检测到8个稳定表达的s QTLs(包括4个雄穗分枝数s QTLs:3.04 bin的qTBN-Ch.3-1,5.04 bin的qTBN-Ch.5-1,7.02 bin的qTBN-Ch.7-1,9.01-9.02 bin的qTBN-Ch.9-1和4个雄穗主轴长s QTLs:2.05 bin的qTTL-Ch.2-1,3.04 bin的qTTL-Ch.3-2,9.01-9.02 bin的qTTL-Ch.9-1,10.01 bin的qTTL-Ch.10-1)。这些在不同环境下能够稳定存在的s QTLs可为玉米雄穗相关性状的生产应用、精细定位及基因克隆提供有价值的参考。

两种密度条件下玉米雄穗分枝数全基因组关联分析

玉米雄穗分枝数是产量的重要影响因子之一。为剖析高、低两种密度条件下雄穗分枝数的遗传基础,以248份优良玉米自交系构成的自然群体为研究材料,2014年和2015年分别在高、低两种密度条件(105 000株/公顷, 75 000株/公顷)进行雄穗分枝数的表型鉴定。利用R软件中的‘lme4’程序包对雄穗分枝数的最优线性无偏估计值(BLUP)进行计算,结合分布于全基因组的10 684个单核苷酸多态性(SNPs)标记进行全基因组关联分析。结果表明,随着种植密度的增加,雄穗分枝数有减少的趋势,且两种密度条件下遗传力均较高。同时,两种密度条件下共检测到26个与其显著关联的SNP位点,分布于玉米1号、2号、3号、5号、6号、7号、8号、9号、10号染色体。其中,低密条件下检测到12个SNP位点,高密条件下检测到14个SNP位点,5个SNP位点在两种密度条件下均被检测到,6个SNP位点在高密条件下单个位点解释的表型变异大于10%。除此之外,并确定了4个候选基因,编码产物分别为含CHASE结构域的组氨酸激酶(Histidine kinase)蛋白,富含亮氨酸重复序列(leucine rich repeat, LRR)的蛋白,含有ZF-HD结构域的蛋白和磷酸果糖激酶。采用全基因组关联分析,挖掘在两种密度条件下均检测到的与雄穗分枝数显著相关的一致性可靠标记位点以及在高密条件下特异表达且单个位点解释的表型变异均大于10%的SNP位点,并鉴定相关候选基因,为不同密度条件玉米雄穗性状相关基因的克隆提供关键的理论依据。

玉米雄穗主轴长和分枝数QTL定位

合理的雄穗结构在协调玉米株型、增加生物产量方面具有重要的意义,而雄穗结构的2个重要指标分别是雄穗主轴长和分枝数。本研究利用玉米雄穗主轴长和分枝数具有显著差异的自交系Y915和郑58构建重组自交系(RIL)群体,在连续自交6代后,利用高密度分子遗传图谱在3个环境(2020年春扬州、2021年春扬州和2021年夏镇江)对玉米雄穗主轴长(TL)和分枝数(TBN)进行QTL分析。结果共检测到6个雄穗主轴长QTLs,分布于1号、8号和10号染色体上,贡献了5.10%~14.63%的表型变异;4个雄穗分枝数相关性状QTLs,分布于1号、4号和6号染色体,贡献了5.69%~10.56%的表型变异。其中在多个环境下检测到qTBN1-1位点,并且此区间上还有1个控制雄穗主轴长的位点qTL1-1。本研究将为挖掘玉米雄穗主轴长和分枝数基因和分子标记辅助品种改良提供参考。

基于SNP标记的玉米雄穗主要性状QTL定位分析

【目的】雄穗性状是玉米生长发育过程中重要的农艺性状,对其遗传特性的研究具有重要的理论意义。【方法】本研究以Z58×Y915构建的192个F_(2:3)家系作为作图群体,结合2个环境下的表型鉴定,运用复合区间作图法(CIM)对玉米雄穗长(TL)、雄穗分枝数(TBN)和雄穗重(TW)等雄穗性状进行QTL定位分析。【结果】2个环境条件下,共检测到15个与TL性状连锁的QTL位点,分别位于第1、3、4、5、6、7、8号染色体上,可解释表型变异的0.66%~22.58%;在染色体bin值1.09、3.09位置,2个环境中均稳定检测到与TL连锁的QTL位点;共检测到12个与TBN性状连锁的QTL位点,分别位于第1、2、3、5、6、7、9号染色体上,可解释表型变异的3.05%~23.80%;在染色体bin值2.08、3.09位置,2个环境中均稳定检测到与TBN连锁的QTL位点;共检测到9个与TW性状连锁的QTL位点,分别位于第1、3、4、6、7、9号染色体上,可解释表型变异的4.52%~27.55%,在染色体bin值3.09、9.05位置,2个环境中均稳定检测到与TW连锁的位点。【结论】在不同环境下能够稳定存在的QTL位点可为玉米雄穗主要性状进一步遗传研究提供理论基础。