玉米作為重要的糧、經(jīng)、飼兼用作物,在世界糧食生產(chǎn)及保證糧食安全中占有重要地位。玉米籽粒性狀是決定玉米產(chǎn)量的重要因素。玉米籽粒性狀包含粒長、粒寬、粒厚、百粒重,其中粒長、粒寬、粒厚與籽粒大小相關(guān),而百粒重與籽粒大小密切相關(guān),因此研究粒寬與粒重的遺傳機制,對于利用分子設(shè)計方法進行高產(chǎn)育種及培育品質(zhì)優(yōu)良品種具有重要參考價值。本研究利用B73×CML277近等基因系群體中發(fā)現(xiàn)的在籽粒相關(guān)性狀方面與受體親本B73存在差異的近等基因系材料NIL-1041A,通過構(gòu)建B73×NIL-1041A次級分離群體,選取玉米粒寬粒重主效qKW2.04為靶標,對玉米籽粒性狀的遺傳基礎(chǔ)進行解析,為后續(xù)的精細定位提供可靠理論支撐。主要研究結(jié)果如下:1.基于高密度遺傳圖譜的玉米籽粒性狀QTL定位:以玉米重要自交系B73與CML277構(gòu)建了包含182個重組自交系的RIL群體,對粒長(KL)、粒寬(KW)、百粒重(HKW)、穗行數(shù)(KRN)四個籽粒相關(guān)性狀進行QTL分析�；贕BS(genotyping-by-sequencing)技術(shù)構(gòu)建了包含2141個bin標記的高密度遺傳圖譜,圖譜總長為1264.26 cM,標記間的平均距離僅為0.59 cM。使用多環(huán)境表型均值對各性狀進行QTL定位,共檢測到2個粒長、3個粒寬、4個百粒重、7個穗行數(shù)共計16個QTL位點,分布于第1、2、3、4、5、8、9、10染色體上,單個QTL可解釋的表型貢獻率在3.58%-23.36%之間。其中,粒寬qKW-2-1和百粒重qHKW-2-1這兩個位點的物理位置均位于2號染色體bin2.04的同一區(qū)間內(nèi),LOD值分別為9.65、7.59,可解釋的表型貢獻率達20.34%、15.84%。因此,2號染色體bin2.04(m1403-m1420)區(qū)段被認為是進行遺傳解析的重要區(qū)段,并將qKW-2-1與qHKW-2-1記作qKW2.04。2.基于NIL-1041A的導入片段鑒定與粒寬主效位點qKW2.04的分解:利用高密度玉米專用芯片MaizeSNP50對近等基因系材料NIL-1041A的染色體導入片段進行分析,結(jié)果表明在B73遺傳背景下,NIL-1041A共導入CML277的2個片段,分別位于第2、3染色體,片段大小分別為182.63 Mb、133.97 Mb。用完備區(qū)間作圖法,對由B73與NIL-1041A組配的F_2單株分離群體進行粒寬、百粒重等性狀的QTL分析。結(jié)果表明,在第2染色體導入片段內(nèi)共檢測到兩個主效位點,其中一個粒寬粒重主效位點,標記區(qū)間為InDel23.32-umc1448,增效變異來源于NIL-1041A,可解釋表型變異的13.97-22.45%;另一個粒寬粒重主效位點,標記區(qū)間為InDel47.09-InDel57.06,增效變異來源于NIL-1041A,可解釋表型變異的12.22%。另外,上述位于第2染色體導入片段的兩個主效位點均落在bin2.04區(qū)段內(nèi)且表型貢獻率均大于10%,因此,將第一個主效位點記作qKW2.04-1,將第二個主效位點記作qKW2.04-2,并將這兩個粒寬粒重主效位點作為后續(xù)遺傳解析的主要位點。3.玉米粒寬粒重主效位點qKW2.04-1與qKW2.04-2的遺傳解析:以玉米重要自交系B73與其近等基因系NIL-1041A繼續(xù)構(gòu)建F_3-F_6分離群體,在目標區(qū)段加密標記,篩選目標區(qū)段雜合單株進行種植,并同時純化遺傳背景,使用完備區(qū)間作圖法對粒寬粒重主效位點qKW2.04-1與qKW2.04-2進行定位。F_7-F_8選擇不同重組類型構(gòu)建純合跨疊家系,利用成組法t檢驗對粒寬粒重主效位點qKW2.04-1與qKW2.04-2進行定位,最終將粒寬粒重主效位點qKW2.04-1限定至標記InDel23.73和InDel27.86間約4.13 Mb的區(qū)間內(nèi),將粒寬粒重主效位點qKW2.04-2限定至InDel41.76和InDel44.94間約3.18 Mb的區(qū)間內(nèi)。在此基礎(chǔ)上,對關(guān)聯(lián)群體的627份玉米自交系分別采用一般線性模型(GLM)與混合線性模型(MLM)進行目標區(qū)段的關(guān)聯(lián)分析,兩種模型均只在主效位點qKW2.04-2內(nèi)檢測到顯著性SNP,推測可能原因是本研究親本之一CML277為熱帶玉米材料,而關(guān)聯(lián)群體為溫帶玉米材料,導致熱帶玉米材料中控制粒寬粒重的稀有等位SNP不能在關(guān)聯(lián)群體中被檢測到。
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S513
【部分圖文】：

國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第二章 粒寬粒重主效位點 qKW2.04 的使用增補染料（PicoGreen; Invitrogen,Carlsbad, CA）定性，之后在水中將兩種接頭分別稀0.6 ng/μl），接著將兩種接頭按 1:1 比例混合至 6 μl 后均勻加至 96 孔板中，并將 96 孔板中接頭晾干。晾干后在96孔板中加入濃度為10 ng/μl的DNA 樣品，然后加入限制性內(nèi)切酶A混合后的樣品在 75 °C 下消化 2 h。在 30 μl 連接體系下將接頭連接至粘性末端并在 22 °C處理 1 h，接著將連接體系置于 65 °C 條件下處理 30 min，從而使 T4 連接酶變性失活。對的樣品進行純化洗脫，之后對樣品進行 PCR 擴增產(chǎn)生擴增產(chǎn)物。最后，這些擴增產(chǎn)物則個初級測序文庫（圖 2.1）。

行相關(guān)性分析，利用 Mapchart V2.2 軟件對籽粒相關(guān) QTL 在遺傳連鎖圖譜上的分布用 QTLIciMapping V4.1 軟件中的完備區(qū)間作圖法（ICIM）對 RIL 群體的籽粒相關(guān)效應(yīng)分析并繪制相應(yīng)性狀的定位圖（Li et al., 2010; Wang et al., 2006)，LOD 閾值結(jié)果與分析 玉米籽粒相關(guān)性狀表型分析籽粒外觀形態(tài)上，玉米自交系 B73 和 CML277 存在明顯差異：B73 籽粒屬于馬齒形長；NIL-1041A 籽粒也屬于馬齒形籽粒，但籽粒扁寬。二者在粒長（KL）、百粒重（（KRN）等籽粒性狀方面也均存在明顯差異（表 2.2）。因此，可利用玉米自交系 77 構(gòu)建子代表型變異豐富的群體。在 RIL 群體中，家系粒長均值為 8.71 cm，變異.65 cm；粒寬均值為 7.38 cm，變異范圍為 6.69-8.11 cm；百粒重均值為 21.02 g，變99-27.67 g；穗行數(shù)均值為 14.20 行，變異范圍為 11.53-17.56 行。并且，粒長、粒寬行數(shù)這四個籽粒相關(guān)性狀的表型頻率分布均呈正態(tài)分布或近似正態(tài)分布（圖 2.2），籽粒相關(guān)性狀均可作為數(shù)量性狀進行 QTL 分析及作圖。

表 2.2 RIL 群體中籽粒相關(guān)性狀表現(xiàn)Table 2.2 The performance of kernel related traits in RIL population性狀 變異范圍 均值 標準差 變異系數(shù) 偏度 峰度Trait Variance M ean Std CV Skewness Kurto長(cm)KL 7.59-9.65 8.71 0.37 4.289 0.225 0.06寬(cm)KW 6.69-8.11 7.38 0.25 3.437 -0.099 0.08粒重(g)HKW 15.99-27.67 21.02 1.88 8.928 0.410 1.08行數(shù) KRN 11.53-17.56 14.20 1.32 9.319 0.489 -0.11RIL 群體進行相關(guān)性分析（圖 2.3），結(jié)果表明，4 個性狀之間，除穗行數(shù)性狀之間均呈顯著相關(guān)關(guān)系；并且，除穗行數(shù)與百粒重無顯著相關(guān)及穗，其余籽粒相關(guān)性狀之間均呈極顯著相關(guān)關(guān)系。其中，粒寬與百粒重呈系數(shù)為 0.62；粒寬與穗行數(shù)呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.34（表些籽粒相關(guān)性狀的位點之間可能存在互作效應(yīng)，或者存在一因多效效應(yīng)一定程度上呈現(xiàn)出協(xié)同變化性。
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本文編號：2857513