基于玉米背景的大刍草单片段代换系穗部性状的QTL及穗行数qKRN2.1的精细定位

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玉米作为我国第一大粮食作物,同时兼做能量饲料和工业加工原材料,其产量直接影响国家粮食安全。随着人民生活水平的不断提高,玉米需求量的不断增加,在今后很长的一段时间里,提高玉米产量是玉米育种的核心问题。玉米产量的主要构成因子包括有效果穗数、粒重和行粒数。克隆控制玉米产量相关农艺性状的QTL,不仅有助于解析基因所控制性状的遗传机理,还对玉米高产育种具有重要的实践指导意义。本研究选择构成产量的关键性状为研究目标,进行了两部分的研究工作:第一部分利用实验室以Mo17为受体亲本,大刍草M1为供体亲本,通过分子标记辅助选择,连续回交多代构建的单片段代换系,对玉米产量性状进行了QTL定位分析;第二部分,在实验室前期构建单片段代换系时,选择包含其中一个位于第2染色体主效QTL的BC3F2单株,在连续自交构建BC3F5近等基因系进行穗行数主效QTL精细定位的基础上,利用重组纯合体进行多环境的表型鉴定,并结合基因型确证目标区域的准确性;然后继续构建高代回交分离群体,筛选交换单株,加密标记,缩小目标区域。其主要研究结果如下:1.玉米的穗部性状是影响玉米产量和品质重要因子,是由多基因控制的数量性状。染色体单片段代换系由于较为纯合的遗传背景,已经成为鉴定复杂性状QTL的新型遗传材料。本研究以Mo17为受体,大刍草M1为供体所构建的133个染色体单片段代换系群体为试验材料,通过单因素方差分析,测验单片段代换系与受体亲本穗部性状的差异,鉴定代换片段上穗部性状相关的QTL。以P≤0.05为阈值,共检测到178个穗部性状相关的QTL,不均匀的分布于玉米10条染色体上。其中穗行数相关的61个,单个QTL的其加性效应值为-1.25~1.9行,加性效应百分率为-12.5%~19.0%;穗长相关32个,单个QTL的加性效应值为-0.21~0.51 cm,加性效应百分率为-2.1%~5.1%;穗粗相关的44个,单个QTL的加性效应值为-1.45~0.99 cm,加性效应百分率为-12%~5%;行粒数相关的41个,单个QTL的加性效应值为-4.39~3.4粒,加性效应百分率为-12%~9%。鉴定玉米产量性状基因位点、研究其遗传效应,不仅为玉米产量性状基因克隆及作用机理研究奠定基础,也可为作物遗传改良提供理论指导。2.在单片段代换系的基础上用Mo17和二倍体大刍草M1构建的sub-NILs对玉米第2染色体穗行数QTL进行精细定位。利用NIL-F2:3群体,构建局部连锁图谱,对穗行数QTL目标区域进行遗传效应评价,连锁分析鉴定得到在第2染色体短臂上存在一个控制穗行数的QTL,将其命名为q KRN2.1该QTL解释的表型变异为10.8%。增效等位基因来自于Mo17,MT1等位基因使穗行数降低约为1行。2018年在崇州,利用交换单株自交后代,进行子代测验,将鉴定到连锁的穗行数QTL q KRN2.1缩小至标记M23和M27的区间内,其物理距离约为600k。
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