论文部分内容阅读
单倍体育种技术是现代玉米育种的核心技术之一,该技术包括单倍体的诱导和加倍两个中心环节。在玉米商业育种中,随着玉米单倍体诱导率的提高和高通量单倍体筛选系统的改善,如何有效提高单倍体自然加倍率成为玉米单倍体工程化育种的一大难题。单倍体雄穗和雌穗的自然加倍能力是影响单倍体自然加倍率的决定性因素。本研究以来自不同杂种优势群的19个自交系组配的13个杂交组合诱导后产生的单倍体群体为材料,研究了玉米单倍体雄穗和雌穗自然加倍率的遗传规律,同时利用其中一个FAPW/BN490A单倍体群体,对玉米雌穗自然加倍率进行了 QTL定位,主要结果如下:1、以优良自交系FAPW和BN490A组配后诱导产生的单倍体群体为材料,利用t测验、相关分析等方法研究单倍体花药外露、花药大小与花粉育性之间的相互关系。研究发现大部分花药外露和小部分花药不外露的单倍体花粉可育;花粉可育的单倍体花药大于花粉败育的单倍体花药,但在花粉可育的单倍体植株中,花粉的育性并未随着花药的增大而提高。为进一步研究不同基因型的玉米单倍体雄穗育性恢复自然加倍率,我们又组配了BN490A/BN486A、PHZ51/H33和MT-1/H32等3个单倍体群体研究玉米单倍体的花药外露与花粉育性的关系。结合FAPW/BN490A单倍体群体,发现在所研究的4个单倍体群体中,FAPW/BN490A群体的花药外露率和花粉可育花粉率均为最高,平均值分别为35.7%和72.2%;其次为BN490A/BN486A群体(13.0%,53.8%)与PHZ51/H33群体(13.0%,48.7%),MT-1/H32群体的最低,分别为12.0%和47.4%;多重比较发现FAPW/BN490A群体的花药外露率和花粉可育率与其余三个群体均显著差异,但其余三个群体间无差异,表明玉米单倍体的雄穗育性在某些基因型间存在差异。2、通过对17个自交系组配的12个杂交组合诱导产生的单倍体群体中仅杂交和先自交再杂交的雌穗结实情况分析,发现单倍体的雌穗具有很大程度的自然加倍潜力,仅杂交的平均结实率为90.58±4.05%,而先自交再杂交的平均结实率58.94±23.57%,均大于单倍体的平均自然加倍率11.37±14.90%。自然加倍后的单株在下一代的自交过程中可直接成为自交系,而与优良自交系或母本来源的F1杂交后代也可以通过与诱导系进行杂交再次进行利用。由于二次诱导后单倍体的诱导率和加倍率远高于一次诱导,因此更容易产生单倍体,也更容易产生DH系,而使用这一方法改良的自交系在四个表型中均优于原自交系。3、利用包含3072个单核苷酸多态性(SNP)标记的Illumina芯片对FAPW/BN490A单倍体群体中186单株进行基因型检测,其中812个高质量的在双亲中有多态性的SNP标记用于构建高密度遗传图谱,总长为1258.2cM,平均距离为1.9cM。针对雄穗花药外露、雌穗是否结实以及雌穗结实粒数3个性状的表型数据,利用QTLIciMapping version 2.2复合区间作图法共检测到6个控制自然加倍的QTL,其中控制雄穗花药外露(qEA)、雌穗是否结实(qFE)以及雌穗结实粒数(qNK)的QTL分别为3、1、2个,分布在chr3、chr4、chr5、chr7、chr9上。单个QTL解释的表型变异在5.7%到8.9%之间。其中,位于chr3的qEA1与qFE为同一个QTL,同时控制雄穗花药外露和雌穗是否结实两个性状,分别解释8.2%和7.2%的表型变异。