甜玉米株高的QTL定位

摘要：选用株高有显著差异的甜玉米自交系T19和T7为亲本配制杂交组合，以232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株高QTL。结果显示，共检测到3个株高QTLs，分别位于第4、9染色体上。其中，在第9染色体上检测到1个株高QTL，为qPH-9-1，其加性效应为-7.53，对表型的贡献率为15.8%；在第4染色体上检测到2个株高QTLs，分别为qPH-4-1、qPH-4-2，其加性效应分别为-6.33和-6.75，对表型的贡献率分别为12.8%和14.5%。

关键词：甜玉米；株高QTL；复合区间作图

中图分类号：S513；Q943.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）22-5423-04

株高是玉米育种中重要的农艺性状之一，是衡量营养体大小的一个重要指标，其与玉米的种植密度和抗倒伏性直接相关[1]，因此对株高的QTL进行定位有利于有针对性地制定育种方案，从而达到提高产量的目的。在玉米性状的遗传研究中，学者们普遍认为株高受主效基因和微效多基因共同控制，遗传基础比较复杂，表现为典型的数量性状遗传[2-7]。近年来，国内已有一些学者对株高的遗传机制和遗传模型进行了研究。杨伟光等[3]、刘鹏等[4]采用增广NCⅡ设计对玉米株高进行了遗传模型测验，结果表明玉米株高不符合加性-显性遗传模型，存在极显著显性效应和上位性效应。李玉玲等[5]对玉米株高性状的遗传模型、基因效应的研究结果表明，株高性状符合加性-显性遗传模型，在株高的遗传中加性和显性基因效应均起着重要作用。赵刚等[6]和高树仁等[7]以P1、P2、F1、B1、B2、F2为材料，采用主基因+多基因遗传模型分析方法对株高的遗传进行研究，结果表明玉米株高的遗传符合两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因混合遗传模型。迄今，在不同遗传背景、不同环境条件下，研究者们不断检测和定位出了大量株高QTLs，但研究结果不尽一致，QTL的稳定性也很少得到鉴定。因此，进一步发掘和鉴定控制玉米株高的稳定主效QTL，研究其分布和遗传效应，对于实现株型性状QTL的精细定位、图位克隆及定向改良具有十分重要的理论意义和应用价值。

本研究采用株高差异明显的自交系T7和T19为亲本材料，组配后代家系构建分子标记连锁图谱，对与产量密切相关的株高进行全基因扫描，检测该遗传背景下各性状的QTL位点，以期进一步揭示株高的遗传机理和检测出贡献率较大的基因位点，为分子标记辅助选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与田间试验

供试亲本T7和T19是由仲恺农业工程学院农学院玉米研究组经多年严格选育的甜玉米自交系。经多年田间调查，自交系T19的平均株高为172.3 cm，T7为120.7 cm，两亲本株高差异极显著（P

2009年上半年在仲恺农业工程学院钟村教学农场选取土壤肥力均匀一致的田块，以T7（P1）和T19（P2）为亲本进行杂交。2009年下半年，将产生的F1自交获得F2群体。2010年上半年，种植该组合P1、P2、F1和F2代材料，严格控制行距和株距，四周设置保护行；同时采用Paterson等[8]的方法提取该组合亲本、F1和F2群体的DNA，于成株期调查各F2单株株高，用以检测株高QTL。

1.2 DNA分子标记试验设计

根据Wang等[9]的玉米高多态性SSR引物及已发表的玉米遗传连锁图谱[10-13]设计引物，检测T7和T19基因组之间的多态性，将得到的多态性引物对F2进行基因型鉴定，并记录群体基因型。试验所用SSR引物由上海Sangon公司合成，参照Zhang等[14]的方法进行PCR扩增、产物电泳和银染。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2003进行性状平均数、标准差等常规统计分析；采用JoinMap 3.0软件分析标记间的连锁关系，以F2为作图群体构建分子标记遗传图谱[15]；采用Windows QTL Cartographer 2.5 结合复合区间作图法在F2群体中检测株高QTL[16]，通过1 000次随机抽样确定LOD阈值。

1.4 QTL的命名方法

QTL命名方法参照McCouch等[17]的方法，按照QTL+性状+染色体+QTL个数，其中QTL以小写“q”开始，性状以英文缩写表示，如株高QTL以PH（Plant height）表示，如果同一染色体上存在多个不同位点的QTL则在染色体后加数字“1”、“2”、“3”等加以区别。

2 结果与分析

2.1 株高正态分布检验

对F2单株材料株高调查结果表明，F2群体平均株高为151.7 cm，变幅为117.4～177.9 cm，标准差为25.2 cm，变异系数16.64%，峰度-0.47，偏度-0.08。从变幅和变异系数看，株高性状的变异较大；从偏度和峰度看，株高未显著偏离正态分布，符合QTL定位的基本要求，可以进行QTL检测。

2.2 标记连锁图谱构建

从250对SSR引物中筛选出在T7和T19之间有多态性的引物81对，用Joinmap 3.0软件对81个多态位点进行连锁关系分析，得到一幅含77个位点、全长868.7 cM的玉米SSR标记遗传连锁图谱，标记间的平均间距为11.28 cM（图1）。

2.3 甜玉米株高QTL定位

应用复合区间作图法对232个F2单株株高数据结合分子标记连锁图谱信息进行株高QTL检测，共检测到3个QTLs，分别位于第4、9染色体上（表1、图1、图2）。其中，qPH-9-1位于第9染色体上，加性效应为-7.53，对表型的贡献率最大，为15.8%；qPH-4-1、qPH-4-2均位于第4染色体上，加性效应分别为-6.33和-6.75，对表型的贡献率分别为12.8%和14.5%。

3 小结与讨论

随着生物技术的快速发展，分子标记技术在诸多领域得到应用。普遍认为玉米株高是典型的多基因控制的数量性状。而当前，对质量性状辅助选择研究的报道比较多[18，19]，而对数量性状的分子标记辅助选择却鲜见报道[20]，这主要是因为数量性状受多个微效基因控制，遗传方式更为复杂。由研究结果可以看出，玉米株高主要受加性和显性作用控制。这点与邱正高等[21]关于航空诱变糯玉米突变体株高遗传模型的研究结果一致。

本研究利用2个株高有显著差异的甜玉米自交系为亲本配制组合，在F2家系中检测到3个株高QTLs，分别位于第4和第9染色体上。其中，qPH-4-1和qPH-4-2位于第4染色体上，qPH-9-1位于第9染色体上，对表型的贡献率分别为12.8%、14.5%、15.8%，包含于邱正高等[21]关于航空诱变糯玉米突变体株高遗传模型的主基因对表型的贡献率为12.7%～48.4%的范围之内。对玉米株高的QTL定位做到了更准确的研究，此定位结果有助于验证和丰富前人的研究结果，并可作为玉米株高相关QTG（Quantitative trait gene）的候选基因。严建兵等[18]对不同发育时期玉米株高QTL进行了动态分析，考察了5个不同时期的株高，根据不同时期的实际数据进行QTL分析，结果表明QTL在检测的时期和效应值上均存在差异。所以，可以通过对F2在不同发育时期的株高进行QTL定位，使结果更加准确。

另外，本研究得出的与玉米株高相关的QTLs的遗传效应主要表现为加性作用，且加性效应值为负值。表明降低株高的QTL来源于T7，而与之相对应的提高株高的QTL来源于T19。因此在育种实践中可以利用甜玉米自交系T7和T19，通过QTL的逐步聚合达到提高或降低株高，创造有利株型为生产出高产优质的玉米育种工作服务。

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