甜玉米株高的QTL定位

摘要：選用株高有顯著差異的甜玉米自交系T19和T7為親本配制雜交組合，以232個F2單株為作圖群體，用復合區間作圖法在玉米全基因組上檢測株高QTL。結果顯示，共檢測到3個株高QTLs，分別位于第4、9染色體上。其中，在第9染色體上檢測到1個株高QTL，為qPH-9-1，其加性效應為-7.53，對表型的貢獻率為15.8%；在第4染色體上檢測到2個株高QTLs，分別為qPH-4-1、qPH-4-2，其加性效應分別為-6.33和-6.75，對表型的貢獻率分別為12.8%和14.5%。

關鍵詞：甜玉米；株高QTL；復合區間作圖

中圖分類號：S513；Q943.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）22-5423-04

株高是玉米育種中重要的農藝性狀之一，是衡量營養體大小的一個重要指標，其與玉米的種植密度和抗倒伏性直接相關[1]，因此對株高的QTL進行定位有利于有針對性地制定育種方案，從而達到提高產量的目的。在玉米性狀的遺傳研究中，學者們普遍認為株高受主效基因和微效多基因共同控制，遺傳基礎比較復雜，表現為典型的數量性狀遺傳[2-7]。近年來，國內已有一些學者對株高的遺傳機制和遺傳模型進行了研究。楊偉光等[3]、劉鵬等[4]采用增廣NCⅡ設計對玉米株高進行了遺傳模型測驗，結果表明玉米株高不符合加性-顯性遺傳模型，存在極顯著顯性效應和上位性效應。李玉玲等[5]對玉米株高性狀的遺傳模型、基因效應的研究結果表明，株高性狀符合加性-顯性遺傳模型，在株高的遺傳中加性和顯性基因效應均起著重要作用。趙剛等[6]和高樹仁等[7]以P1、P2、F1、B1、B2、F2為材料，采用主基因+多基因遺傳模型分析方法對株高的遺傳進行研究，結果表明玉米株高的遺傳符合兩對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因混合遺傳模型。迄今，在不同遺傳背景、不同環境條件下，研究者們不斷檢測和定位出了大量株高QTLs，但研究結果不盡一致，QTL的穩定性也很少得到鑒定。因此，進一步發掘和鑒定控制玉米株高的穩定主效QTL，研究其分布和遺傳效應，對于實現株型性狀QTL的精細定位、圖位克隆及定向改良具有十分重要的理論意義和應用價值。

本研究采用株高差異明顯的自交系T7和T19為親本材料，組配后代家系構建分子標記連鎖圖譜，對與產量密切相關的株高進行全基因掃描，檢測該遺傳背景下各性狀的QTL位點，以期進一步揭示株高的遺傳機理和檢測出貢獻率較大的基因位點，為分子標記輔助選擇提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與田間試驗

供試親本T7和T19是由仲愷農業工程學院農學院玉米研究組經多年嚴格選育的甜玉米自交系。經多年田間調查，自交系T19的平均株高為172.3 cm，T7為120.7 cm，兩親本株高差異極顯著（P<0.01）。

2009年上半年在仲愷農業工程學院鐘村教學農場選取土壤肥力均勻一致的田塊，以T7（P1）和T19（P2）為親本進行雜交。2009年下半年，將產生的F1自交獲得F2群體。2010年上半年，種植該組合P1、P2、F1和F2代材料，嚴格控制行距和株距，四周設置保護行；同時采用Paterson等[8]的方法提取該組合親本、F1和F2群體的DNA，于成株期調查各F2單株株高，用以檢測株高QTL。

1.2 DNA分子標記試驗設計

根據Wang等[9]的玉米高多態性SSR引物及已發表的玉米遺傳連鎖圖譜[10-13]設計引物，檢測T7和T19基因組之間的多態性，將得到的多態性引物對F2進行基因型鑒定，并記錄群體基因型。試驗所用SSR引物由上海Sangon公司合成，參照Zhang等[14]的方法進行PCR擴增、產物電泳和銀染。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2003進行性狀平均數、標準差等常規統計分析；采用JoinMap 3.0軟件分析標記間的連鎖關系，以F2為作圖群體構建分子標記遺傳圖譜[15]；采用Windows QTL Cartographer 2.5 結合復合區間作圖法在F2群體中檢測株高QTL[16]，通過1 000次隨機抽樣確定LOD閾值。

1.4 QTL的命名方法

QTL命名方法參照McCouch等[17]的方法，按照QTL+性狀+染色體+QTL個數，其中QTL以小寫“q”開始，性狀以英文縮寫表示，如株高QTL以PH（Plant height）表示，如果同一染色體上存在多個不同位點的QTL則在染色體后加數字“1”、“2”、“3”等加以區別。

2 結果與分析

2.1 株高正態分布檢驗

對F2單株材料株高調查結果表明，F2群體平均株高為151.7 cm，變幅為117.4～177.9 cm，標準差為25.2 cm，變異系數16.64%，峰度-0.47，偏度-0.08。從變幅和變異系數看，株高性狀的變異較大；從偏度和峰度看，株高未顯著偏離正態分布，符合QTL定位的基本要求，可以進行QTL檢測。

2.2 標記連鎖圖譜構建

從250對SSR引物中篩選出在T7和T19之間有多態性的引物81對，用Joinmap 3.0軟件對81個多態位點進行連鎖關系分析，得到一幅含77個位點、全長868.7 cM的玉米SSR標記遺傳連鎖圖譜，標記間的平均間距為11.28 cM（圖1）。

2.3 甜玉米株高QTL定位

應用復合區間作圖法對232個F2單株株高數據結合分子標記連鎖圖譜信息進行株高QTL檢測，共檢測到3個QTLs，分別位于第4、9染色體上（表1、圖1、圖2）。其中，qPH-9-1位于第9染色體上，加性效應為-7.53，對表型的貢獻率最大，為15.8%；qPH-4-1、qPH-4-2均位于第4染色體上，加性效應分別為-6.33和-6.75，對表型的貢獻率分別為12.8%和14.5%。

3 小結與討論

隨著生物技術的快速發展，分子標記技術在諸多領域得到應用。普遍認為玉米株高是典型的多基因控制的數量性狀。而當前，對質量性狀輔助選擇研究的報道比較多[18，19]，而對數量性狀的分子標記輔助選擇卻鮮見報道[20]，這主要是因為數量性狀受多個微效基因控制，遺傳方式更為復雜。由研究結果可以看出，玉米株高主要受加性和顯性作用控制。這點與邱正高等[21]關于航空誘變糯玉米突變體株高遺傳模型的研究結果一致。

本研究利用2個株高有顯著差異的甜玉米自交系為親本配制組合，在F2家系中檢測到3個株高QTLs，分別位于第4和第9染色體上。其中，qPH-4-1和qPH-4-2位于第4染色體上，qPH-9-1位于第9染色體上，對表型的貢獻率分別為12.8%、14.5%、15.8%，包含于邱正高等[21]關于航空誘變糯玉米突變體株高遺傳模型的主基因對表型的貢獻率為12.7%～48.4%的范圍之內。對玉米株高的QTL定位做到了更準確的研究，此定位結果有助于驗證和豐富前人的研究結果，并可作為玉米株高相關QTG（Quantitative trait gene）的候選基因。嚴建兵等[18]對不同發育時期玉米株高QTL進行了動態分析，考察了5個不同時期的株高，根據不同時期的實際數據進行QTL分析，結果表明QTL在檢測的時期和效應值上均存在差異。所以，可以通過對F2在不同發育時期的株高進行QTL定位，使結果更加準確。

另外，本研究得出的與玉米株高相關的QTLs的遺傳效應主要表現為加性作用，且加性效應值為負值。表明降低株高的QTL來源于T7，而與之相對應的提高株高的QTL來源于T19。因此在育種實踐中可以利用甜玉米自交系T7和T19，通過QTL的逐步聚合達到提高或降低株高，創造有利株型為生產出高產優質的玉米育種工作服務。

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（責任編輯 呂海霞）