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高油玉米以其优良的加工品质和多种用途而倍受人们青睐,并越来越具有广阔的发展前景。玉米籽粒的油分、蛋白质和淀粉含量均受微效多基因的控制,呈数量性状变异。分子标记技术及理论的发展为高油玉米品质的遗传改良提供了一种可能的新方法,通过它可以检测到控制复杂目的性状遗传变异的QTL,也可能对目标QTL进一步利用分子标记辅助选择(MAS)以提高育种效率。
在本实验室前期工作的基础上,以高油玉米种质By804与B73组配的298个F2 4家系及213个RILs为材料,研究应用近红外漫反射光谱法测定高油玉米籽粒品质性状的可行性和方法,并利用SSR标记构建高油玉米遗传图谱,采用多重区间定位法(MIM)对两个不同群体籽粒的油分、蛋白质和淀粉含量进行QTL定位、效应分析和比较分析,同时与IHO遗传背景的材料定位的籽粒品质性状QTL进行对比分析。对进一步开展籽粒油分、蛋白质和淀粉含量QTL的精细定位、相关基因的克隆和分子标记辅助选择具有重要的指导意义。
本研究的主要结果如下:
1、应用光谱的主成分空间和傅里叶变换近红外光谱技术,采用偏最小二乘同归法(PLS),建立了近红外漫反射光谱测定高油玉米籽粒油分、蛋白质和淀粉含量的定量分析模型,并对所建模型进行交义和外部验证。模型的外部验证决定系数分别为0.948、0.931、0.946,外部验证误差分别为0.307、0.429、0.645。本实验所建立的各种定量分析模型具有较高的质量,准确性与化学方法相当,提供了对同一样品可同时分析籽粒油分、蛋白质和淀粉含量的方法,满足对育种材料进行非破坏性的鉴定筛选和分子育种中对大量材料品质分析的需要。
2、以By804与B73组配产生的包含298个株系的F<,2>群体和213个株系的RIL群体为材料,构建了高油玉米分子标记连锁图,两个群体的标记数分别为183(F<,2>群体)和179(RIL群体),分别覆盖玉米基因组1605.7cM和1913.9cM,标记间的平均距离分别为8.8cM利10.7cM。
3、利用OTL Cartographer V2.5软件,以CIM检测到的QTL为基础模型,在P=0.05水平,进一步利用MIM方法验证CIM的分析结果。F<,2:4>群体F<,7:8>群体共定位了28个影响高油玉米籽粒油分、蛋白质和淀粉含量的QTL,分布于除第10染色体外的其余9条染色体上。其中F<,2:4>群体三性状共有18个QTL,F<,7:8>群体三性状共有20个QTL,两群体相同或相似染色体区间的QTL共8对,分布于1、4、6、7、8等5条染色体上。在F<,2:4>群体控制油分、蛋白质和淀粉含量的QTL分别有7、5、6个,F<,7:8>群体中控制油分、蛋白质和淀粉含的QTL分别有7、4、9个。两群体中相同或相似染色体区间的油分、蛋白质和淀粉含量QTL分别有4、1、5对。
4、加性效应对玉米籽粒的油分和蛋白质含量具有非常重要的作用,所有控制籽粒油分和蛋白质含量QTL的增效基因均来自高油亲本By804;显性效应对玉米籽粒的淀粉含量具有非常重要的作用,所有控制籽粒淀粉含量QTL的增效基因均来自普通亲本B73。
5、在F<,2:4>群体中分别有4、6个油分含量的QTL与宋秀芳研究中定位的F<,2>、F<,3>籽粒油分QTL具有相同或相似的染色体区段;在F<,7:8>群体分别有2、4个油分含量的QTL与宋秀芳研究中定位的F<,2>、F<,3>籽粒油分QTL具有相同或相似的染色体区段。分别有8、4、6个QTL与具有IHO遗传背景的油分、蛋白质和淀粉含量的QTL具有相同或相似的染色体区间。BHO与IHO具有不同的遗传背景,但对品质性状的长期提高选择的结果是基因组反应大部分发生在相同或相似的染色体区间。
6、在第1和第6染色体上各发现一个控制品质性状的QTL聚集的区域,表现一因多效或紧密连锁效应,这些区域的QTL在不同群体中表现稳定或具有较高的遗传变异,与这些QTL紧密连锁的分子标记是可以作为品质性状分子标记辅助选择的主要标记。
7、本研究中一些QTL定位在质量性状基因的区域或其附近,但一个QTL与一些已知的或可预测的候选基因是否同一,要对定位的QTL逐一进行遗传鉴定。