玉米株高和穗位高的QTL定位

郑克志　李元　瞿会　闰伟　张旷野　宋茂兴　吕香玲　李凤海　史振声

摘要：利用以玉米自交系T319与9406为亲本构建的242个重组自交系（F8），对玉米株高和穗位高进行QTL（数量性状基因座位）分析，在第1、2、3、5、7、10染色体定位到6个株高QTL，位于umc2228与bnlg2295、bnlgl609与bn—lgl350、bnlg210与umcl045，可解释表型变异率12.13%、13.00%、111.58%，为株高主效QTL；在第1、10染色体上检测到2个穗位高主效QTL，位于umc2228-bnlg2295、bnlg210与umcl045，可解释表型变异率10.73%、16.92%。位于umc2228-bnlg2295、bnlg210-umcl045的区域为株高和穗位高的一致主效QTL区间，这些位点的标记可进行株高和穗位高的株型改良分子标记辅助选择。

关键词：玉米；重组自交系；株高；穗位高；数量性状基因座位（QTL）

中图分类号：S513.03 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2015）05-0061-02

玉米株高和穗位高是玉米的主要农艺性状，自1968年Donald提出了作物理想株型的概念之后，玉米的株高和穗位高更是玉米理想株型的重要指标，株高和穗位高严重影响着玉米产量、抗倒伏性和生态适应性等。研究表明，增加种植密度远比增加单株产量对玉米产量贡献大。然而，株高和蕙位高太高造成种植密度下降，不抗倒伏，收获质量降低；过矮则会影响整个群体生长结构，易感病虫害，同化作用低下，最终影响生物产量。因此，只有寻求二者的适当的组合，以得到株高穗位高合适的理想株型，才能获得高产品种。随着分子标记技术的发展，有关株高、穗位高的QTL国内外已有很多研究报道，截至2015年1月，MaizeGDB网站（http//1N-DYW.maizegdb.or/）已经收录了314个株高QTL和43个穗位高QTL，这些QTL位点分布在基因组的10条染色体上。目前已经有对株高主效基因克隆成功的，腾峰等对第3染色体的株高主效QTL进行了克隆及功能验证；Winkler等对与株高相关的基因Dwaf3（D3）进行了克隆；Bensen等克隆了株高相关的Anther earl（Anl）基因。本试验以玉米自交系F319和自交系9406为亲本组建的RILs为试材，进行玉米株高和穗位高的QTL定位，以期挖掘株高、穗位高的主效QTC对株型改良提供一定的理论基础。

1.材料与方法

1.1供试材料与试验设计

供试材料为玉米自交系T319和9406及其采用单籽粒传法构建的242个重组自交系（RILs）。玉米自交系T319为78599杂交种后代选系齐319的改良系。

试验于2014年在沈阳农业大学南试验基地进行，采取随机区组试验设计，2次重复，单行区，行长4m，行距60cm，每行17穴。

1.2田间表型测定

抽雄吐丝期用卷尺测定242个家系及亲本的株高和穗位高，每行测定5株，其对应叶片平均值作为该家系株高和穗位高的测定值，进行QTL分析。

1.3DNA提取与SSR标记分析

采用CTAB法提取RIL群体及亲本的DNA，方法略作修改。SSR引物根据MaizeGDB数据库均匀选取，由北京三博远志公司合成。PCR反应体系：每10uL体系含ddH2O6.18uL，10×buffer（含20 mmol/L Mg2+）1uL，dNTP（25mmol/L each）0.1uL，Taq酶（5U/L）0.1uL，DNA（10ng/uL）2.5uL，弓l物（20mol/uL each）0.12uL。PCR扩增程序：95℃预变性5min；94℃变性45 s，58℃退火45s，72℃延伸1min；最后延伸10min；4℃保存。扩增产物用4.5%变性聚丙烯酰胺检测，并通过银染记录带型，拍照保存。根据电泳谱带结果，将与亲本T319相同的带型记为1，与亲本9406相同的带型记为2，杂合带型记为0，缺失或模糊记为“一”。

1.4数据处理

利用Excel 2013和SPSS 20.0对RIL群体242个家系的株高和穗位高测定值进行基本统计参数分析、正态分布检验及遗传模型分析。利用QTC IciMapping 4.0进行连锁图谱构建和QTL定位。LOD值选择3，作为连锁分析和QTL评价的阈值。

2.结果与分析

2.1田间表型测定结果统计分析

利用Excel 2013对亲本进行t检验，结果表明，亲本之间株高、穗位高差异均达到了极显著水平。利用SPSS 20.0对RIL群体242个家系株高和穗位高性状测定值进行正态分布检验，结果（表1）表明，抹高、穗位高的偏度和峰度绝对值均小于1，2个性状变异幅度和变异系数均较大，符合数量性状遗传正态分布的基本特点，因此玉米株高、穗位高性状值适于进行QTC作图分析。

2.2株高和穗位高的相关性分析

利用SPSS 20.0对RIL群体242个家系抹高和穗位高性状测定值进行相关性检验，结果表明，株高和穗位高相关系数为0.756，呈极显著正相关，这说明株高和穗位高可能在遗传上具有相似性，具有相同的代谢途径和基因控制。

2.3群体分子标记基因型分析及连锁图谱构建

利用均匀分布于玉米基因组的600对SSR引物对T319和9406进行亲本多态性筛选，获得150对在两亲本间具有多态性的引物，多态率为25%。利用150对亲本间存在多态性的引物检测300个RILs的标记基因型（图1），利用QTLIciMapping 4.0软件进行遗传连锁图谱绘制。利用QTLIciMapping 4.0软件构建了含有134个连锁标记的图谱，第l～10染色体上分别有36、10、11、7、14、8、16、14、10、8个SSR标记，覆盖全基因组2 382.84 cM，平均距离为17.78cM，可以满足QTL定位要求。

2.4株高、穗位高的QTL定位分析

利用QTL IciMapping 4.0定位软件（LOD≥3）对玉米株高、穗位高性状进行QTL定位（表2），共检测到6个玉米株高QTL，分别为qPH-l-l、qPH-2-l、qPH-3-l、qPH-5-1、qPH-7-1、qPH-10-l，两侧标记分别为umc2228与bnlg295、umcl536与bnlgl940、bnlgl601与bnlgl350、umcl429与umc2611、bnlgl380与dupssr9、bnlg210与umcl045，位于第1、2、3、5、7、10染色体上，贡献率为5.65%～13.00%，其中位于第1染色体1.04的qPH-1-1、位于第3染色体bins 3.05～3.06的qPH-3-1与位于第10染色体bins 10.03～10.04的qPH-10-1贡献率分别达到了12.13%、13.00%和11.58%，为控制玉米株高的主效QTL。

玉米穗位高检测到2个QTL，分别为qEH-1-1、qEH-10-1，两侧标记分别是umc2228与bnlg295、bnlg10与umcl04，位于第1、10染色体上的binsl.04和bins 10.03～10.04，贡献率分别为10.73%和16.92%，qEH-1-1、qEH-10-1为控制玉米穗位高的主效QTL。

3.结果与讨论

本研究在第1、2、3、5、7、10染色体上发现6个控制玉米株高的QTL，位于binsl.04的qPH-1-1、bins 3.05-3.06的qPH-3-1和bins 10.03～10.04的qPH-10-1是主效QTL，与张岩等在bins 3.04与bins 10.03发现株高主效QTU、王翠玲等研究发现的bins3.05和bins 10.03～10.04株高主效QTL 、兰进好等在binsl.02发现的株高主效位点、杨晓军等在bins 1.05发现的主效QTL[11]、许诚等在binsl.03与bins 10.04发现的株高QTL位点、李清超等研究发现binsl.01～1.02与bins3.05处富集株高QTU一致或基本接近，qPH-3-1与腾峰等克隆的bins 3.03基因位点相近。当然，本研究发现的非主效QTL与前人的研究都有吻合之处，如杨晓军等在bins5.05～5.07发现了株高主效QTL，本研究在bins 5.03发现非主效14qph5—1，郑德波等基于SNP标记在第1、2、3、5、7染色体也发现了株高QTL。

本研究发现binsl.04和bins 10.03～10.04存在2个穗位高QTL，而且都是主效位点。与兰进好等在bins 10.03、等在binsl.03、李清超等研究发现binsl.01～1.02处富集穗位高QTU、张岩在bins 10.03发现穗位QTU、许诚等在binsl.02发现穗位高QTL、郑德波等基于SNP标记在第1染色体发现穗位QTU一致或基本接近。在前人研究中第1染色体存在主效穗位高QTL，并未发现在第10染色体上存在主效QTL，因此本研究中qEH-10-1属于新发现的穗位高主效QTL。

在本研究中发现存在同时控制株高和穗位高的主效QTL，位于umc2228-bnlg295的qPH-1-l和qEH-1-1、位于bnlg210-umcl045的qPH-10-1和qEH-10-1，该区间为株高和穗位高的一致QTL区间，说明株高和穗位高具有很高遗传相关性，这些位点标记可进行株高和穗位高的株型改良分子标记辅助选择。

为了进行株高和穗位高一致性主效QTL的精细定位，还需要进一步构建新的回交群体创造单一性状的近等基因系，为基因的克隆和功能验证提供基础，最终应用到种质资源的改良中去。