玉米籽粒性狀測定方法及QTL定位與關(guān)聯(lián)分析.pdf

1、玉米不僅是重要的糧食、經(jīng)濟(jì)、飼料兼用作物，而且是工業(yè)和現(xiàn)代生物質(zhì)能源的重要原料，同時它還是生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究的重要材料。玉米生產(chǎn)對保證全球糧食安全、飼料供給、能源利用具有重要意義。高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)是當(dāng)今玉米育種的主要目標(biāo)，而籽粒是產(chǎn)量和品質(zhì)的最終體現(xiàn)方式。玉米籽粒性狀是指籽粒物理性狀和品質(zhì)性狀總和，其中物理性狀包括粒色、粒型（硬粒型、馬齒型、甜質(zhì)型、糯質(zhì)型等）、籽粒大?。ｉL、粒寬、粒厚）、粒形（粒長/粒寬、粒長/粒厚、粒寬/粒厚）、粒

2、重、籽粒比重、種子體積、種子容重、籽粒脫水速率、籽粒含水量、種子密度等;品質(zhì)性狀主要指籽粒蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、礦物質(zhì)的含量及組份。玉米籽粒品質(zhì)性狀如蛋白質(zhì)含量、粗蛋白含量、淀粉含量、油份含量等的QTL定位國內(nèi)外研究的比較多，除粒重外，玉米籽粒物理性狀的QTL定位研究目前國內(nèi)外鮮見報道。近年來，隨著表型組學(xué)的發(fā)展，玉米籽粒物理性狀越來越受到遺傳育種工作者的重視，研究與產(chǎn)量相關(guān)的籽粒大小、粒重、籽粒體積、籽粒比重等性狀，對指導(dǎo)玉米產(chǎn)量的遺傳

3、改良具有重要意義。本研究的目的:一是為減輕測定籽粒大小及體積的巨大工作量，首先對測量方法進(jìn)行改進(jìn)，建立玉米籽粒大小和體積的快速測定方法;二是利用連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的思路，對玉米籽粒物理性狀的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行解析，以期能挖掘到與玉米產(chǎn)量性狀相關(guān)的QTL或基因。
　　本研究以優(yōu)良玉米雜交種豫玉22的兩個親本綜3和87-1組配構(gòu)建的RIL群體為材料，進(jìn)行了兩年的表型鑒定，對玉米粒長(KL)、粒寬(KWH)、粒厚(KT)、粒重(KW)、

4、籽粒體積(KV)及籽粒比重(KD)六個性狀進(jìn)行QTL定位。同時以一個由121份優(yōu)良自交系構(gòu)成的自然群體為材料，進(jìn)行兩年兩種環(huán)境下的表型鑒定，就水稻OsDEP1基因在玉米中的同源基因ZmDEP1的3'端序列與籽粒大小、粒重、體積、比重表型性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。主要研究結(jié)果如下:
　　1.以70份粒長變幅為9.50～13.50×10-3米，粒寬變幅為8.0～10.0×10-3米，粒厚變幅為3.50～5.50×10-3米的玉米雜交種的F2群

5、體為材料，用數(shù)碼照相機(jī)獲取籽粒圖像，基于ImageJ軟件測量圖像像素點間距離的功能，經(jīng)過處理圖像，建立了玉米籽粒粒長、粒寬和粒厚的快速測定方法。該方法與游標(biāo)卡尺法測得的粒長、粒寬和粒厚的相關(guān)系數(shù)分別為0.9942、0.9945和0.9945，達(dá)到極顯著相關(guān)水平。本研究提供一個簡便快速測定玉米籽粒大小的方法，拓寬了ImageJ軟件的應(yīng)用范圍。
　　2.基于“排水法”的原理，用實驗室常用的材料設(shè)計制作了一個用于測量作物種子體積的簡易體

6、積測量器，用不同枚數(shù)已知體積的鋼珠為試驗材料，對測量器的準(zhǔn)度和精度進(jìn)行驗證。用簡易體積測量器和傳統(tǒng)的量筒測量法分別測量了30份單粒體積變幅為0.091～0.325cm3的玉米雜交種各20粒種子的體積，兩種方法測得的體積相關(guān)系數(shù)0.9996，達(dá)到極顯著相關(guān)水平。該測量器為作物種子體積、比重的研究提供了有效的測量手段。
　　3.以優(yōu)良玉米雜交種豫玉22的兩個親本綜3和87-1組配構(gòu)建的294個RIL家系為材料，對粒長、粒寬、粒厚、粒重

7、、體積和比重六個玉米籽粒的物理性狀進(jìn)行兩年的表型鑒定，在分子標(biāo)記連鎖圖譜的基礎(chǔ)上，利用復(fù)合區(qū)間作圖法進(jìn)行籽粒性狀QTL定位，兩年共檢測到33個與籽粒性狀相關(guān)的QTL，這些QTL分布在第1、2、4、5、6、7、8、9、10染色體上，每條染色體上檢測到的QTL個數(shù)不等，其中在第1染色體和第5染色體上檢測到的QTL最多。一些控制不同性狀的QTL定位在了相同的染色體區(qū)段。如第1染色體上的標(biāo)記區(qū)間bnlg1025-umc2029，同時定位到了影響

8、粒寬、粒厚、粒重和籽粒體積的QTL;第5染色體上的標(biāo)記區(qū)間umc1155-bnlg1237，同時存在影響粒寬、粒厚、粒重、籽粒體積和籽粒比重的QTL;第7染色體上的標(biāo)記區(qū)間mmc0411-bnlg339，同時存在影響單粒重和籽粒體積相關(guān)的QTL。研究發(fā)現(xiàn)，一些表型高度相關(guān)的性狀，其QTL位于染色體的相同或鄰近位置，說明數(shù)量性狀間的表型相關(guān)可能源于控制數(shù)量性狀的QTL位點的一因多效造成的。
　　4.以水稻籽粒產(chǎn)量相關(guān)的OsDEP1作

9、為候選基因，利用生物信息學(xué)的分析方法獲得了其在玉米中的同源基因ZmDEP1的全長并進(jìn)行了基因結(jié)構(gòu)劃分和驗證，發(fā)現(xiàn)該基因與玉米粒重相關(guān)的兩個QTL—q300k20和qgrwt6共定位。將ZmDEP1基因的3'端在一個由121份優(yōu)良玉米自交系組成的關(guān)聯(lián)群體中進(jìn)行測序及多態(tài)性位點提取，并結(jié)合兩年兩種環(huán)境下的籽粒性狀表型數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。研究發(fā)現(xiàn)該基因3'UTR的一個SNP位點S182，兩年兩種環(huán)境下都與粒重和籽粒體積相關(guān)，并與一年的粒寬、粒厚