干旱是我国玉米生产的主要限制因素之一,加强耐旱遗传基础研究对玉米耐旱育种具有重要意义。本研究通过构建玉米花期耐旱导入系群体及对其进行耐旱相关导入片段扫描,结合F2:3群体的耐旱相关性状QTL检测,对玉米花期耐旱性相关遗传区域进行了联合分析,以期解析与耐旱密切相关的染色体区域及相关的新位点。并以该组合的F2:3群体为试验材料,进行了多环境下玉米产量相关性状的QTL分析,探讨了产量及其重要农艺相关性状间相互关系和各性状及相关QTL位点与环境互作关系。主要研究工作与结果如下:
1、玉米花期耐旱相关候选遗传区域的确定
以玉米花期耐旱性重要衡量指标——散粉至抽丝间隔(ASI)≤2天为筛选标准,通过对回交群体在新疆进行高强度干旱单株选择,构建了黄早四(受体亲本)×齐319(供体亲本)组合玉米花期耐旱导入系群体。继而利用SSR分子标记对构建的由63个家系组成的耐旱群体进行玉米花期耐旱性相关染色体片段的定位。结果表明:与理论值相比,耐旱群体中来自供体亲本的SSR位点导入频率有了显著提高,集中分布于1.08、2.07、3.04、4.01—4.04、5.07、6.05、7.03、9.04、10.04等染色体区域(x2检验)。最后,在基因组范围内确定了20个玉米花期耐性相关染色体区域,分布于第1染色体(1个)、2染色体(2个)、3染色体(1个)、4染色体(5个)、5染色体(3个)、6染色体(1个)、7染色体(2个)、9染色体(3个)、10染色体(2个)等9个连锁群上。对这些耐旱相关候选遗传区域内功能基因进行查询发现存在一些已报道的与玉米花期耐旱性直接相关的功能基因。研究结果还显示,经过高强度干旱筛选,高代导入系群体的花期性状耐旱性得到了较为明显的改善,显示了玉米遗传改良中以ASI为标准进行耐旱选择的可靠性。
2、玉米耐旱主效QTL位点和上位性效应位点的定位与分析
对来自相同亲本组合、由230个家系构成的F2:3群体利用SSR分子标记进行基因型鉴定的同时,在正常灌水与干旱处理两种条件下进行表型鉴定,QTL分析表明,大部分QTL位点不能在水旱两种处理下同时检测出,干旱条件下检测到的QTL位点数目显著减少。与上述耐旱相关候选遗传区域研究的结果相结合进行综合分析得出,基于F2:3群体的8个玉米花期耐旱相关QTL落在了5个基于耐旱导入系群体确定的耐旱相关遗传区域,这些区域包括第3染色体的bnlg1957-bnlg1399、第5染色体的bnlg2305-bnlg1118、第7染色体的umc1339-bnlg1094-bnlg1579和bnlg339-umc1408-bnlg2271、第10染色体的phi062-umc1053。其中基于F2:3群体在第10染色体phi062-umc1053内同时定位了抽雄期、散粉期、吐丝期和ASI等4个重要的玉米花期耐旱相关QTL,并可分别解释13.8%、17.3%、19.6%、10.9%的表型变异。
3、多环境下玉米产量重要相关性状间的相关性分析及相关QTL定位以黄早四×齐319组合的230个F2:3家系为试验材料,在不同环境条件下进行了重要产量相关性状间的相关性分析,结果表明,穗部性状、籽粒性状对单株产量具有十分重要的作用。QTL定位结果显示第4染色体标记区间umc2405-bnlg572内的散粉期QTL、第8染色体标记区间umc1562-bnlg1651和第10染色体标记区间phi062-umc1053内的抽雄期QTL等位点在不同环境下均检测到,表明这些位点在不同环境中具有相对稳定的表达模式。另外,本研究还检测到了数目众多的上位性效应位点,显示出上位性效应对玉米遗传改良同样具有十分重要的作用。
