基于分子標(biāo)記輔助選擇的玉米導(dǎo)入系群體構(gòu)建與自交系改良.pdf

1、分子標(biāo)記輔助選擇(molecular marker-assisted selection：MAS)是現(xiàn)代生物育種體系的主要領(lǐng)域，完善MAS的理論與技術(shù)體系對(duì)有效提高玉米遺傳改良水平具有重要意義。在回交轉(zhuǎn)育程序中利用MAS技術(shù)構(gòu)建染色體片段代換系或染色體片段導(dǎo)入系群體，不僅可縮短選育年限，提高選育效果，而且可獲得覆蓋全基因組的、片段銜接的全套近等基因系，直接為基因定位、克隆和理論及應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)材料。
　　 本研究選用強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交

2、組合豫玉22的親本87-1和Zong3為受體親本，以糯質(zhì)、抗病性和抗倒伏性較好的HB522為供體親本，經(jīng)雜交和連續(xù)3代回至BC3F1后，自交得到BC3F2。從BC1代開始，每個(gè)回交世代利用導(dǎo)入片段兩側(cè)分子標(biāo)記進(jìn)行導(dǎo)入片段的前景選擇，利用覆蓋全基因組SSR標(biāo)記進(jìn)行輪回親本的背景選擇，構(gòu)建單片段導(dǎo)入系基礎(chǔ)群體，并對(duì)其遺傳背景、導(dǎo)入片段大小、數(shù)目和覆蓋率及其表型效應(yīng)等進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)幾個(gè)重要的產(chǎn)量性狀QTL進(jìn)行初步定位，同時(shí)，通過(guò)三種選擇策略得到

3、了waxy基因和Rf3基因的輔助回交改良系，并對(duì)改良系的前景選擇效果、背景效應(yīng)及配合力效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。取得的初步結(jié)果如下：
　　 1、在87-1×HB522的BC3F1群體中篩選到83個(gè)遺傳背景回復(fù)率高的單株，自交構(gòu)建成含有40個(gè)目標(biāo)片段的單片段導(dǎo)入系基礎(chǔ)群體87-1HBSSILs。在綜3×HB522的BC3F1群體中篩選到122個(gè)高遺傳背景回復(fù)率的個(gè)體，自交構(gòu)建成含有78個(gè)目標(biāo)片段的導(dǎo)入系群體，其后經(jīng)過(guò)進(jìn)一步回交、自交，直到BC

4、4F3，最終構(gòu)建了98個(gè)Z3HBSSILs基礎(chǔ)群體。
　　 2、在87-1HBSSILs群體中，各導(dǎo)入系中所導(dǎo)入的片段數(shù)目不等，平均導(dǎo)入4個(gè)片段；相對(duì)于參考圖譜IBM neighbor2005，導(dǎo)入片段長(zhǎng)度在0.03～342.8cM之間，平均長(zhǎng)度為91.1cM，導(dǎo)入片段覆蓋48.96%玉米基因組。Z3HBSSILs導(dǎo)入系群體共導(dǎo)入188個(gè)供體親本的基因組片段，不同導(dǎo)入系含有的供體片段數(shù)目1-6個(gè)不等，平均每個(gè)導(dǎo)入系有導(dǎo)入片段1.

5、92個(gè)：相對(duì)于參考圖譜IBM neighbor2005，導(dǎo)入片段的長(zhǎng)度在4.8cM-256 cM，平均長(zhǎng)度為63.7cM，導(dǎo)入片段共覆蓋86.2%的玉米基因組。
　　 3、在保定和張家口兩地，對(duì)Z3HBSSILs群體的穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、穗粒重進(jìn)行鑒定，基于導(dǎo)入系群體的表型，開展QTL鑒定。兩個(gè)環(huán)境下共檢測(cè)到15個(gè)穗行數(shù)QTL，單個(gè)QTL可解釋4.57%～33.06%的表型變異，其中2個(gè)QTL在兩地均被檢測(cè)到；6個(gè)行粒數(shù)QT

6、L，單個(gè)QTL可解釋的表型變異為4.57%～9.86%；9個(gè)百粒重QTL，單個(gè)QTL可解釋的表型變異為4.24%～19.27%，其中，1個(gè)QTL在兩地均被檢測(cè)；以及2個(gè)穗粒重QTL，分別解釋6.493%和10.131%的表型變異，2個(gè)QTL在兩個(gè)環(huán)境均被檢測(cè)到。
　　 4、基于三種分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)策略，針對(duì)Rf3和waxy(wx)基因開展了基于MAS的回交轉(zhuǎn)育，獲得了3個(gè)改良系。分別對(duì)這3個(gè)改良系目標(biāo)性狀的改良效果進(jìn)行

7、分析證實(shí)，Rf3基因的導(dǎo)入可使S-Mo17(rj3rf3)育性恢復(fù)；導(dǎo)入waxy基因，不僅沒(méi)有改變總淀粉含量，而且顯著提高了支鏈淀粉含量，降低了直鏈淀粉含量。
　　 5、對(duì)三種MAS選擇策略得到的3個(gè)改良系的背景評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，(1)回交各世代進(jìn)行標(biāo)記背景選擇的改良系S-Mo17(Rf3Rf3)，背景回復(fù)率為96.0%，改良系中供體染色體片段殘留僅為4%，分布于第7、8和9染色體的個(gè)別區(qū)域；(2)在BC3F1進(jìn)行一次標(biāo)記輔助的背景選擇

8、，所得改良系Z3-wxwx的背景回復(fù)率為94.6%，改良系中存在5.4%的遺傳累贅和殘留，分布在目標(biāo)基因wx所在的第9染色體以及第3、6、7染色體上；(3)在BC3F1只進(jìn)行表型選擇而不進(jìn)行標(biāo)記輔助的背景選擇，所得改良系87-1-wxwx的背景回復(fù)率僅為82.1%，改良系中存在17.9%的供體殘留，除第1、10染色體外，其他8條染色體上均有背景殘留。從表型來(lái)看，S-Mo17(Rf3Rf3)比S-Mo17(rf3rf3)株高變矮6.Ocm

9、，開花期提早3天：87-1-wwx比87-1株高和穗位高分別降低23cm和6.7cm、穗長(zhǎng)變短，抽雄期提早3天；Z3-wxwx比23株高增加19.3cm、穗位高增加6.7cm，開花期推遲3天，87-1-wwx與87-1間差異較顯著。由此表明，背景的回復(fù)率越低，改良系與原自交系的性狀差異就越大，與表型選擇相比，通過(guò)SSR標(biāo)記進(jìn)行背景選擇可有效降低供體非目標(biāo)片段的導(dǎo)入。
　　 6、改良前后自交系與多個(gè)玉米自交系雜交，組配雜交組合，以

10、檢測(cè)供體染色體片段殘留對(duì)自交系的配合力和雜交種性狀的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，S-Mo17(rf3rf3)和S-Mo17(Rf3Rf3)、Z3和Z3-wxwx、87-1和87-1-wxwx分別與5個(gè)測(cè)驗(yàn)種雜交組合的表現(xiàn)型相似，改良前后的自交系表現(xiàn)出相似的一般配合力和特殊配合力，進(jìn)一步地說(shuō)明利用回交結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇，既可有效地改良目標(biāo)性狀，又不至于改變優(yōu)良自交系的配合力特性。但由于殘留遺傳背景的干擾，改良前后自交系與測(cè)驗(yàn)種所組配的相似組合間，仍