论文部分内容阅读
分子标记辅助选择(molecular marker-assisted selection:MAS)是现代生物育种体系的主要领域,完善MAS的理论与技术体系对有效提高玉米遗传改良水平具有重要意义。在回交转育程序中利用MAS技术构建染色体片段代换系或染色体片段导入系群体,不仅可缩短选育年限,提高选育效果,而且可获得覆盖全基因组的、片段衔接的全套近等基因系,直接为基因定位、克隆和理论及应用研究提供基础材料。本研究选用强优势杂交组合豫玉22的亲本87-1和Zong3为受体亲本,以糯质、抗病性和抗倒伏性较好的HB522为供体亲本,经杂交和连续3代回至BC3F1后,自交得到BC3F2。从BC1代开始,每个回交世代利用导入片段两侧分子标记进行导入片段的前景选择,利用覆盖全基因组SSR标记进行轮回亲本的背景选择,构建单片段导入系基础群体,并对其遗传背景、导入片段大小、数目和覆盖率及其表型效应等进行评价,对几个重要的产量性状QTL进行初步定位,同时,通过三种选择策略得到了waxy基因和Rf3基因的辅助回交改良系,并对改良系的前景选择效果、背景效应及配合力效应进行评价。取得的初步结果如下：1、在87-1×HB522的BC3F1群体中筛选到83个遗传背景回复率高的单株,自交构建成含有40个目标片段的单片段导入系基础群体87-1HBSSILs。在综3×HB522的BC3F1群体中筛选到122个高遗传背景回复率的个体,自交构建成含有78个目标片段的导入系群体,其后经过进一步回交、自交,直到BC4F3,最终构建了98个Z3HBSSILs基础群体。2、在87-1HBSSILs群体中,各导入系中所导入的片段数目不等,平均导入4个片段；相对于参考图谱IBM neighbor2005,导入片段长度在0.03～342.8cM之间,平均长度为91.1cM,导入片段覆盖48.96%玉米基因组。Z3HBSSILs导入系群体共导入188个供体亲本的基因组片段,不同导入系含有的供体片段数目1-6个不等,平均每个导入系有导入片段1.92个；相对于参考图谱IBM neighbor2005,导入片段的长度在4.8cM-256cM,平均长度为63.7cM,导入片段共覆盖86.2%的玉米基因组。3、在保定和张家口两地,对Z3HBSSILs群体的穗行数、行粒数、百粒重、穗粒重进行鉴定,基于导入系群体的表型,开展QTL鉴定。两个环境下共检测到15个穗行数QTL,单个QTL可解释4.57%～33.06%的表型变异,其中2个QTL在两地均被检测到；6个行粒数QTL,单个QTL可解释的表型变异为4.57%～9.86%；9个百粒重QTL,单个QTL可解释的表型变异为4.24%～19.27%,其中,1个QTL在两地均被检测；以及2个穗粒重QTL,分别解释6.493%和10.131%的表型变异,2个QTL在两个环境均被检测到。4、基于三种分子标记辅助选择(MAS)策略,针对Rf3和waxy(wx)基因开展了基于MAS的回交转育,获得了3个改良系。分别对这3个改良系目标性状的改良效果进行分析证实,Rf3基因的导入可使S-Mo17(rf3rf3)育性恢复；导入waxy基因,不仅没有改变总淀粉含量,而且显著提高了支链淀粉含量,降低了直链淀粉含量。5、对三种MAS选择策略得到的3个改良系的背景评价发现,(1)回交各世代进行标记背景选择的改良系S-Mo17(Ry3Rf3),背景回复率为96.0%,改良系中供体染色体片段残留仅为4%,分布于第7、8和9染色体的个别区域；(2)在BC3F1进行一次标记辅助的背景选择,所得改良系Z3-wxwx的背景回复率为94.6%,改良系中存在5.4%的遗传累赘和残留,分布在目标基因wx所在的第9染色体以及第3、6、7染色体上；(3)在BC3F1只进行表型选择而不进行标记辅助的背景选择,所得改良系87-1-wxwx的背景回复率仅为82.1%,改良系中存在17.9%的供体残留,除第1、10染色体外,其他8条染色体上均有背景残留。从表型来看,S-Mo17(Rf3Ry3)比S-Mo17(rf3rf3)株高变矮6.0cm,开花期提早3天；87-1-wwx比87-1株高和穗位高分别降低23cm和6.7cm、穗长变短,抽雄期提早3天；Z3-wxwx比Z3株高增加19.3cm、穗位高增加6.7cm,开花期推迟3天,87-1-wwx与87-1间差异较显著。由此表明,背景的回复率越低,改良系与原自交系的性状差异就越大,与表型选择相比,通过SSR标记进行背景选择可有效降低供体非目标片段的导入。6、改良前后自交系与多个玉米自交系杂交,组配杂交组合,以检测供体染色体片段残留对自交系的配合力和杂交种性状的影响,结果发现,S-Mo17(rf3rf3)和S-Mo17(Rf3Rf3)、Z3和Z3-wxwx、87-1和87-1-wxwx分别与5个测验种杂交组合的表现型相似,改良前后的自交系表现出相似的一般配合力和特殊配合力,进一步地说明利用回交结合分子标记辅助选择,既可有效地改良目标性状,又不至于改变优良自交系的配合力特性。但由于残留遗传背景的干扰,改良前后自交系与测验种所组配的相似组合间,仍然存在个别性状的差异。