玉米核心自交系的群體結構及耐旱相關性狀的關聯(lián)分析.pdf

1、干旱是我國玉米生產(chǎn)發(fā)展的主要限制因素之一。玉米耐旱育種是提高玉米品種耐旱性、減少干旱造成產(chǎn)量損失的有效途徑。而對種質(zhì)資源進行全面精細的評價、挖掘耐旱種質(zhì)基因資源又是耐旱遺傳改良的基礎。在表型評價的基礎上，應用基因組學方法與手段鑒選優(yōu)異耐旱基因源，不僅可以從已表現(xiàn)為大田耐旱性的種質(zhì)資源中發(fā)掘出有益耐旱基因，而且還可以從并未表現(xiàn)出耐旱性的種質(zhì)資源中發(fā)掘出真正的“隱蔽”耐旱基因。在此基礎上，開發(fā)針對有益等位基因的功能標記應用于分子標記輔助選擇

2、育種，可為全面提高玉米耐旱育種提供理論基礎與技術支撐。 本研究以構建的一套由95份玉米核心自交系組成的關聯(lián)作圖群體為實驗材料，在表型水平上，對其在正常水分條件下及干旱脅迫條件下的表型多樣性水平進行了研究；在分子水平上，對其遺傳多樣性、群體結構和SSR標記間的連鎖不平衡(LD)水平進行了分析；并對本實驗室所克隆的干旱誘導表達基因ZmERD4在關聯(lián)分析群體中的序列多樣性和LD結構進行了分析；最后，運用基于全基因組掃描的關聯(lián)分析策略定

3、位與耐旱表型顯著關聯(lián)的QTLs，運用基于侯選基因的關聯(lián)分析策略發(fā)掘耐旱候選基因中與表型變異顯著關聯(lián)的多態(tài)性。 主要研究結果有以下幾個方面： 1.針對16個表型性狀對該關聯(lián)作圖群體的表型多樣性進行了分析，結果表明該群體存在較高的表型多樣性水平。通過聚類分析將其劃分為5個組群，其中生育期因子在組群劃分中起主導作用。干旱脅迫條件下，不同材料的耐旱表現(xiàn)存在顯著差異。根據(jù)耐旱性鑒定結果，將材料劃分為耐旱性不同的4個組群。其中第Ⅰ組

4、群耐旱性最強，共包括10份自交系；第Ⅱ組群耐旱性較強，共包括15份自交系；第Ⅲ組群為中等耐旱類型，共包括42份自交系；第Ⅳ組群耐旱性較差，共包括26份自交系。在第Ⅳ組群中，有14份自交系因?qū)Ω珊得{迫反應更為敏感而導致沒有產(chǎn)量。因此，這些自交系為最不耐旱種質(zhì)。 2.利用覆蓋玉米全基因組的145個SSR標記對該關聯(lián)作圖群體進行了遺傳多樣性分析，共檢測到1365個等位變異，平均每個SSR位點為9.4個等位變異，基因多樣性平均為0.68

5、31，多態(tài)性信息含量(PCI)平均為0.6439。群體結構分析表明，以遺傳相似性比例≥80％為劃分標準，核心研究材料中的自交系可劃分為4大種質(zhì)來源，且分別對應于我國玉米自交系的四大雜種優(yōu)勢群：蘭卡斯特、塘四平頭、瑞德和P群，各亞群在所有材料中所占的比例分別為31.6％、13.7％、12.6％和7.4％。另外，還有33份自交系與任何亞群的遺傳相似性比例均<80％，因此將這些材料劃分為一個亞群，稱為混合亞群，占到總材料的34.7％。亞群遺傳

6、多樣性分析結果表明，蘭卡斯特亞群遺傳多樣性最高，其次是塘四平頭亞群、瑞德亞群，而P群的遺傳多樣性水平最低。 3.經(jīng)哈迪—溫伯格平衡(Hardy-Weinbergequilibrium，HWE)檢測，145個SSR標記間均處于HWE狀態(tài)。核心研究材料中145個SSR標記間共有63.89％的成對SSRs在0.01水平上處于顯著LD。由于連鎖和群體結構的存在，所有材料中SSR標記間的LD水平均高于群體結構所劃分的各亞群內(nèi)的SSR標記間

7、LD水平。基于全基因組掃描的關聯(lián)分析表明，在考慮群體結構的情況下，共檢測到了29個SSR位點與不同環(huán)境下不同性狀間的關聯(lián)。其中，16個與特定表型性狀呈顯著關聯(lián)的SSR位點為首次報道，而其余13個位點與眾多國內(nèi)外研究結果相符。與表型性狀顯著關聯(lián)的SSR位點中，15個位點只與某一環(huán)境下的性狀相關聯(lián)，而其余14個位點均與不同環(huán)境下的兩個或多個性狀相關聯(lián)。 4.通過對耐旱候選基因ZmERD4的基因組結構和序列多樣性分析表明，該基因全長2

8、749bp，含有長度不等的5個外顯子和4個內(nèi)含子。ZmERD4基因在95份自交系中共存在55個SNP(50bp/SNP)和14個Indel(197bp/Indel)。核苷酸多樣性并不是均勻分布于整個基因序列，內(nèi)含子區(qū)域的多態(tài)性高于外顯子區(qū)域。ZmERD4基因序列中共有32個單體型，且從其系統(tǒng)進化來看，該基因序列的進化與自交系間的親緣關系并不是完全一一對應。LD分析表明，處于顯著LD狀態(tài)的多態(tài)性幾乎遍布整個基因序列，且該基因中存在2個單體