【摘 要】
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杂种优势是全世界共同关注的热点,然而杂种优势形成的遗传机理还不清楚。玉米是最早利用杂种优势大幅度增加产量的作物,但至今在理论上并未取得实质性突破。热带玉米与温带玉米间遗传差异显著,但二者间产量性状杂种优势的QTL定位尚未见文献报道。基于课题组前期利用热带材料Y46与温带材料Y107组建的RIL群体,本研究构建了两个BC1F7:8高代回交群体,通过GBS（Genotyping By Sequenci
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杂种优势是全世界共同关注的热点,然而杂种优势形成的遗传机理还不清楚。玉米是最早利用杂种优势大幅度增加产量的作物,但至今在理论上并未取得实质性突破。热带玉米与温带玉米间遗传差异显著,但二者间产量性状杂种优势的QTL定位尚未见文献报道。基于课题组前期利用热带材料Y46与温带材料Y107组建的RIL群体,本研究构建了两个BC1F7:8高代回交群体,通过GBS（Genotyping By Sequencing）测序技术进行SNP检测,结合穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重和亩产6个产量性状表型,进行杂种优势QTL定位,进一步鉴定产量性状相关候选基因并分析其功能,初步阐明其产量杂种优势形成的遗传机理。主要研究结果如下:1.对两个高代回交群体进行了基本统计量和方差分析,结果表明两个群体两试点间6个产量性状差异均达极显著水平,而重复间差异不显著,群体内重组系间差异达极显著水平。进一步研究发现正反交对产量性状的杂种优势有显著影响,并且6个产量性状基本符合正态分布。2.利用ICIMapping4.2软件分别构建两个群体的高密度图谱,Y46×Y107/Y46群体包含了3126个SNP标记,图谱总长2103.27 Mb,平均标记间距为0.67 Mb。Y46×Y107/Y107群体包含了3903个SNP标记,图谱总长为2105.65 Mb,平均标记间距为0.54 Mb。3.通过完备区间作图法,对两个群体、两年两点、6个产量性状杂种优势进行QTL定位,在Y46×Y107/Y46群体中共定位到49个调控产量性状杂种优势的QTL,单个QTL可解释表型变异为2.53～24.03%;Y46×Y107/Y107群体中共定位到94个调控产量性状杂种优势的QTL,单个QTL可解释表型变异为3.01～30.09%。其中有140个是新定位到的QTL,大多位于1号染色体。4.进一步研究发现两个群体在两年两点条件下共鉴定出两个具有“一致性”的杂种优势QTL,穗行数杂种优势QTL q BKERN5-2和q BYERN5,位于5号染色体134.06-136.58 Mb之间;行粒数杂种优势QTL q AKKNPR8和q BKKNPR8-2,位于8号染色体170.47-179.87 Mb之间,该QTL是稳定遗传的,可直接用于分子标记辅助育种。5.通过生物信息学分析挖掘候选基因,共鉴定出156个具有编码功能的基因,其中有22个基因编码穗长杂种优势相关蛋白,通过调控细胞伸长等方式调节穗长杂种优势的形成;有18个基因编码穗粗杂种优势相关蛋白,通过生长素、糖代谢等途径调控穗粗杂种优势的形成;有27个基因编码穗行数杂种优势相关蛋白,通过氨基酸、有机酸代谢等途径调控穗行数杂种优势的形成;有34个基因编码行粒数杂种优势相关蛋白,通过细胞分裂、色素合成等途径调控行粒数杂种优势的形成;有14个基因编码百粒重杂种优势相关蛋白,通过蛋白修饰和调控等方式调节百粒重杂种优势的形成;有41个基因编码亩产杂种优势相关蛋白,通过碳水化合物合成、糖代谢等途径调控亩产杂种优势的形成。本研究的创新之处与意义在于:（1）材料创新,利用热带与温带玉米种质为研究材料;（2）产量性状表型数据为超亲优势;（3）技术优势,GBS技术突破了Maize SNP50以温带玉米为背景的限制,与SSR相比直接将QTL定位到基因内;（4）深入解析了玉米产量性状杂种优势形成的遗传基础,新定位到大批产量性状杂种优势QTL,对玉米杂交育种具有重要的指导意义和应用价值。
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