基于SNP遗传图谱定位玉米雄穗分枝数和主轴长QTLs

第５３卷㊀第５期河南农业大学学报

Ｖｏｌ.５３㊀Ｎｏ.５２０１９年㊀㊀１０月

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｏｃｔ.㊀

２０１９

收稿日期:２０１９－０５－１９

基金项目:国家重点研发计划项目(２０１６ＹＦＤ０１０１２０５－３)

作者简介:王赛(１９９１ )ꎬ男ꎬ河南周口人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事玉米早衰研究ꎮ通信作者:吴连成(１９７１ )ꎬ男ꎬ河南确山人ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ硕士生导师ꎮ

文章编号:１０００－２３４０(２０１９)０５－０６７１－０６

基于ＳＮＰ遗传图谱定位玉米雄穗

分枝数和主轴长ＱＴＬｓ

王赛１ꎬ王宇宇１ꎬ王石磊２ꎬ徐梦真１ꎬ邹欢１ꎬ侯清桂１ꎬ毛棣１ꎬ田磊１ꎬ陈彦惠１ꎬ吴连成１

(１.河南农业大学农学院ꎬ河南郑州４５００４６ꎻ２.郑州市质量技术

监督检验检测中心ꎬ河南郑州４５０００７)

摘要:以玉米雄穗分枝数差异显著的自交系豫０８６(分枝数多)和豫Ｍ１－７(分枝数少)杂交获得Ｆ１ꎬ通过单粒传法获得含１７７个株系的Ｆ７ＲＩＬ群体ꎮ以玉米１０ｋｂＳＮＰ芯片进行ＲＩＬ群体基因分型ꎬ构建高密度遗传图谱ꎬ并利

用ＱＴＬＣａｒｔｏｇｒａｐｈｅｒ２.５对郑州和海南２个环境下玉米雄穗分支数(ＴａｓｓｅｌｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒꎬＴＢＮ)和玉米雄穗主轴长(ＴｏｔａｌｔａｓｓｅｌｌｅｎｇｔｈꎬＴＴＬ)进行ＱＴＬ分析ꎮ结果表明ꎬ构建的高密度遗传图谱覆盖玉米１０条染色体ꎬ包含１７９２个簇ꎬ覆盖基因组长度为２１０９.４５ｃＭꎬ相邻簇之间平均距离为１.１８ｃＭꎮ在此图谱基础上采用复合区间作图法ꎬ在２个环境下共检测到了２４个雄穗相关性状ＱＴＬｓꎮ其中７个与ＴＢＮ相关ＱＴＬ分布于第３ꎬ８和１０条染色体上ꎬ单个ＱＴＬ的表型变异范围是６.７４％~１３.８８％ꎻ其余１７个为与ＴＴＬ相关ＱＴＬꎬ位于第１ꎬ３ꎬ５ꎬ６ꎬ８和９染色体上ꎬ单个ＱＴＬ位点可解释５.５９％~１８.６６％的表型变异ꎮ在２个环境下检测到了一个相同的ＴＴＬ相关ＱＴＬ位点(ｑＴＴＬ１－２)和２个既控制ＴＢＮ又控制ＴＴＬ的ＱＴＬ位点(ｑＴＢＮ８郑州ꎬｑＴＴＬ８郑州ꎻｑＴＢＮ８－３海南ꎬｑＴＴＬ８海南)ꎮ

关键词:玉米ꎻＱＴＬ定位ꎻ雄穗分枝数ꎻ雄穗主轴长ꎻ玉米１０ＫＳＮＰ芯片中图分类号:Ｓ５１３㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ

ＱＴＬｓｍａｐｐｉｎｇｏｆｔａｓｓｅｌｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒａｎｄｔａｓｓｅｌｔｏｔａｌｌｅｎｇｔｈ

ｉｎｍａｉｚｅｂａｓｅｄｏｎＳＮＰｇｅｎｅｔｉｃｍａｐ

ＷＡＮＧＳａｉ１ꎬＷＡＮＧＹｕｙｕ１ꎬＷＡＮＧＳｈｉｌｅｉ２ꎬＸＵＭｅｎｇｚｈｅｎ１ꎬＺＯＵＨｕａｎ１ꎬＨＯＵＱｉｎｇｇｕｉ１ꎬＭＡＯＤｉ１ꎬ

ＴＩＡＮＬｅｉ１ꎬＣＨＥＮＹａｎｈｕｉ１ꎬＷＵＬｉａｎｃｈｅｎｇ１

(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙꎬＨｅｎａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００４６ꎬＣｈｉｎａꎻ

２.ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎꎬＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒｏｆＱｕａｌｉｔｙ

ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＷｅｄｅｒｉｖｅｄＦ１ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍａｉｚｅｔａｓｓｅｌｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｆｒｏｍｓｅｌｆ￣ｃｒｏｓｓ￣

ｉｎｇＹｕ０８６(ｍｕｌｔｉ￣ｂｒａｎｃｈｔｙｐｅ)ａｎｄｃｒｏｓｓｂｒｅｅｄｉｎｇＹｕＭ１￣７(ｌｅｓｓ￣ｂｒａｎｃｈｔｙｐｅ)ꎬａｎｄｏｂｔａｉｎｅｄＦ７ＲＩＬｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈ１７７ｓｔｒａｉｎｓｂｙｓｉｎｇｌｅ￣ｓｅｅｄｄｅｓｃｅｎｔｍｅｔｈｏｄ.ＴｈｅｇｅｎｅｔｉｃｔｙｐｅｓｏｆｔｈｉｓＲＩＬｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇＭａｉｚｅ１０ｋｂＳＮＰａｒｒａｙｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｈｉｇｈ￣ｄｅｎｓｉｔｙｇｅｎｅｔｉｃｌｉｎｋａｇｅｍａｐ.ＱＴＬａｎａｌｙｓｅｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｍａｉｚｅｔａｓｓｅｌｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒ(ＴＢＮ)ａｎｄｍａｉｚｅｔｏｔａｌｔａｓｓｅｌｌｅｎｇｔｈ(ＴＴＬ)ｏｆｍａｉｚｅｇｒｏｗｎｉｎｔｗｏｒｅｇｉｏｎｓｏｆＺｈｅｎｇｚｈｏｕａｎｄＨａｉｎａｎｂｙｕｓｉｎｇＱＴＬＣａｒｔｏｇｒａｐｈｅｒ２.５.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ

ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｈｉｇｈ￣ｄｅｎｓｉｔｙｇｅｎｅｔｉｃｌｉｎｋａｇｅｍａｐｃｏｎｔａｉｎｅｄ１７９２ｂｉｎｓａｎｄ１０ｌｉｎｋａｇｅ

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㊀河㊀南㊀农㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报第５３卷ｇｒｏｕｐｓｗｉｔｈａｔｏｔａｌｌｅｎｇｔｈｏｆ２１０９.４５ｃＭａｎｄａｎａｖｅｒａｇｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎａｄｊａｃｅｎｔｂｉｎ￣ｍａｒｋｅｒｓｏｆ１.１８ｃＭ.Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｔｅｒｖａｌｐｌｏｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄꎬａｔｏｔａｌｏｆ２４ｔａｓｓｅｌ￣ｒｅｌａｔｅｄＱＴＬｓｗｅｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｆｏｒｍａｉｚｅｇｒｏｗｎｉｎｔｈｅｔｗｏｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔｓ..ＯｆｔｈｅｓｅＱＴＬｓꎬ７ｗｅｒｅｒｅｌａｔｅｄｔｏＴＢＮꎬｗｈｉｃｈｗｅｒｅｌｏｃａｔｅｄｏｎｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ３ꎬ８ａｎｄ１０ｉｎｍａｉｚｅｇｅｎｏｍｅａｎｄａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒ６.７４％~１３.８８％ｏｆｔｈｅｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｖａｒｉａｔｉｏｎｆｏｒａｓｉｎｇｌｅｌｏｃｕｓ.Ｔｈｅｏｔｈｅｒ１７ＱＴＬｓｗｅｒｅｒｅｌａｔｅｄｔｏＴＴＬꎬｗｈｉｃｈｗｅｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ１ꎬ３ꎬ５ꎬ６ꎬ８ａｎｄ９ꎬａｎｄｔｈｅｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆａｓｉｎｇｌｅｌｏｃｕｓｗａｓ５.５９％~１８.６６％.ＦｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬｗｅｆｏｕｎｄｏｎｅｃｏｍｍｏｎＱＴＬ(ｑＴＴＬ１￣２)ｏｆＴＴＬｉｎｍａｉｚｅｇｒｏｗｎｉｎｔｈｅｔｗｏｒｅ￣ｇｉｏｎｓꎬａｎｄｔｗｏＱＴＬｓｉｎｅａｃｈｒｅｇｉｏｎ(ｑＴＢＮ８ＺｈｅｎｇｚｈｏｕꎬｑＴＴＬ８ＺｈｅｎｇｚｈｏｕꎻｑＴＢＮ８￣３ＨａｉｎａｎꎬｑＴＴＬ８Ｈａｉｎａｎ)ｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｂｏｔｈＴＢＮａｎｄＴＴＬꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍａｉｚｅꎻＱＴＬｍａｐｐｉｎｇꎻｔａｓｓｅｌｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒꎻｔｏｔａｌｔａｓｓｅｌｌｅｎｇｔｈꎻｍａｉｚｅ１０ＫＳＮＰａｒｒａｙ

㊀㊀玉米雄穗主轴长是影响玉米子粒产量的重要性状之一ꎮ较长的雄穗主轴长常常伴随着较多的雄穗分枝数和较长的散粉时间ꎬ提高自交系及杂交种在高温等逆境下子粒结实率ꎮ在杂交种制种过程中ꎬ需要作为父本的株系具有较大的雄穗以保证充足的花粉量ꎬ获得较高的优质子粒产量并降低制种成本[１]ꎮ研究表明ꎬ玉米雄穗相关性状是典型的数量遗传性状ꎬ受多个微效基因的控制ꎬ同时易受环境影响[２－４]ꎮ因此ꎬ研究玉米雄穗分枝数和雄穗主轴长的遗传机制对玉米育种性状改良和促进玉米生产具有非常重要的意义ꎮ

近年来ꎬ随着第２代高通量测序技术的不断发展ꎬ完成了玉米全基因组的测序[５]ꎮＳＮＰ芯片因为其高密度和高质量的特性ꎬ在玉米遗传育种研究中具有非常重要的应用价值[６]ꎮ许多ＭａｉｚｅＳＮＰ芯片已经被开发出来并在玉米研究中获得了应用[７－１３]ꎮ近年来ꎬ少数研究者通过构建ＳＮＰ遗传连锁图谱[１４－１５]得到了一些雄穗相关性状的ＱＴＬｓ位点ꎬ但受到标记数目和作图群体的影响ꎬ图谱长度和标记密度较小ꎬＱＴＬ检测的置信区间较大ꎬ新的稳定的ＱＴＬｓ有待挖掘ꎮ

本研究以雄穗分枝数差异较大的自交系豫０８６和豫Ｍ１－７为亲本ꎬ获得了一个包含１７７个Ｆ７家系的重组自交系群体(ＲＩＬｓ)ꎬ利用玉米１０ＫＳＮＰ芯片构建覆盖全基因组的高密度遗传连锁图谱ꎬ对玉米雄穗分枝数和雄穗主轴长性状进行ＱＴＬ定位分析ꎬ以期为玉米雄穗分枝数和玉米雄穗主轴长分子标记辅助育种和雄穗相关性状改良奠定基础ꎮ

１㊀材料与方法

１.１㊀试验材料

选用玉米自交系豫０８６和豫Ｍ１－７为基础材料ꎬ２０１３年夏用豫０８６作母本和豫Ｍ１－７作父本杂交产生Ｆ１杂交种ꎬ２０１３年冬选择一个发育正常的Ｆ１自交果穗单粒种植ꎬ随后每一个Ｆ２单株通过连续自交ꎬ于２０１７年获得一个包含１７７个Ｆ７家系的重组自交系(ＲＩＬ)群体ꎮ

１.２㊀试验方法

１.２.１㊀田间试验与统计分析㊀２０１８年夏和２０１８年冬分别在郑州市东区试验田和河南农业大学海南基地种植１７７个家系构成的Ｆ７ＲＩＬ群体和２个亲本ꎮ２个地点均采用完全随机区组设计ꎬ３个重复ꎮ行长４ｍꎬ行距０.６７ｍꎬ株距０.２５ｍꎮ

每一环境下双亲及ＲＩＬ家系中选取长势整体一致的单株１０株ꎬ参照高世斌等[１６]的方法于散粉后２０ｄ调查其雄穗分枝数(ＴａｓｓｅｌｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒꎬＴＢＮ)和雄穗主轴长(ＴｏｔａｌｔａｓｓｅｌｌｅｎｇｔｈꎬＴＴＬ)ꎬ其中雄穗的主轴长度是从雄穗主轴的最顶端至主轴下部的最后一个分枝着生处的距离(ｃｍ)ꎮ计算所有材料的雄穗分支数和雄穗主轴长的重复平均值ꎮ表型数据分析由ＳＰＳＳ１８.０软件完成ꎮ

１.２.２㊀ＳＮＰ分析和连锁图谱的构建㊀用Ａｆｆｙ￣ｍｅｔｒｉｘＭａｉｚｅＳＮＰ１０ＫＧｅｎｅＣｈｉｐ(ＡｆｆｙｍｅｔｒｉｘꎬＳａｎｔａＣｌａｒａꎬＣａｌｉｆｏｒｎｉａꎬＵＳＡ)数据对ＲＩＬ群体１７７个家系和２个亲本进行基因型多态性鉴定[１７－１９]ꎬ用芯片检测所得到ＳＮＰ进行多态性ＳＮＰ标记分析ꎬ参考ＹＡＮ等[１９]的方法进行基因型分析ꎮ

用ＭａｐＭａｋｅｒ３.０[２０]软件进行连锁群的划分ꎬ各连锁群内ＳＮＰ标记的顺序及位置的计算等操作ꎬ构建高密度遗传连锁图谱ꎮ用ＭａｐＣｈａｒｔＶ２.５０[２１]绘制连锁图谱ꎮ

１.２.３㊀ＱＴＬ定位㊀利用ＷｉｎｄｏｗｓＱＴＬＣａｒｔｏｇｒａ￣ｐｈｅｒ２.５软件[２２]２３中的复合区间作图法(Ｃｏｍｐｏ￣ｓｉｔｅｉｎｔｅｒｖａｌｍａｐｐｉｎｇꎬＣＩＭ)对目标性状进行ＱＴＬ分析ꎬ在０.０５显著水平上进行１０００次排列检验(Ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｔｅｓｔ)ꎬ确定各性状ＱＴＬ的显著性阈值(ＬＯＤ阈值)ꎬ窗口大小默认为１０ｃＭꎬ背景标记５