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玉米(Zea mays L.)是世界上重要的粮食和饲料作物,近年来由于种质资源匮乏,玉米生产出现徘徊,在产量、品质和抗性育种上进展缓慢,育种家一直致力于优异基因资源发掘利用,以求在种质创新和品种选育上取得突破。本研究从玉米种质资源收集引进、鉴定评价入手,探索建立玉米Eco-FILLING实验及其应用技术,重点进行了糯玉米资源的种群演化、优异基因发掘和种质创新研究工作。主要结果如下:
1、通过各种渠道积极收集、引进国内外不同生态区、不同类型玉米种质资源材料,两年共计搜集、引进国内、外不同玉米种质材料4033份。通过田间繁殖和种植鉴定,重点对糯玉米种质农艺性状、品质性状和综合抗性进行了考察。初步鉴定发掘出表现优良的保绿资源材料4份、抗旱资源材料23份、优质糯玉米材料40份。
2、对鉴定筛选的300余份优良玉米材料的保绿性、农艺性状和品质性状的遗传多样性进行分析表明,种质材料在保绿性、农艺性状和品质性状表现丰富的多样性。利用20对核心SSR分子标记对糯玉米资源材料进行遗传多样性分析,将糯玉米材料划分为3个类群,记为A、B、C群,类群划分与已知材料的来源或系谱关系及育种经验基本一致。
3、研究了芹菜CELⅠ核酸内切酶的提取和玉米Eco-TILLING实验技术,结果表明粗提CELⅠ酶对包含有插入突变的杂合双链有很好的切割活性,可以在错配位点进行准确特异的切割。根据玉米的生物学特性,利用实验室现有仪器设备和较为成熟的TILLING技术流程,开发建立了高效、低成本的检测玉米基因多态性的Eco-TILLING分析技术流程。
4、利用Eco-TILLING分析技术,对我国200余份糯玉米种质材料的Waxy基因序列进行多态性分析,在waxy基因从第9外显子到第14个外显子总长为1752bp的序列中共发现72个突变位点;其中在第9、10、11、14外显子区域共有22个突变位点,筛选有育种价值糯玉米等位基因变异材料91份,将91份糯玉米材料划分为13个单倍型;不同来源糯玉米种质糯质表现型的遗传基础表现较大差异,在DNA序列上表现为SNP、InDel等不同类型的突变。对waxy基因序列进行进化分析表明,我国不同生态区糯玉米waxy基因序列表现为不同的进化来源和进化方向,主要分为两个大的种群Ⅰ、种群Ⅱ,其中种群B为我国西南地区特有的糯质玉米类型。
5、根据不同的选育目标和方向,利用优异性状突出的材料,有针对性地进行种质综合构建,创造构建了早熟、优质、紧凑株型、矮杆类型等不同优势类群新种质基础材料11份。南繁北育,进行加代选系工作;采用一环系或二环系选育方法进行自交系分离筛选,育成矮杆HW309、HW315等一批优质糯玉米自交系,早代测交鉴定表现配合力高、保绿度好、糯性遗传稳定,同时对新自交系进行了SSR分子标记类群分析。
6、结合分子标记技术,采用早代测交、测用结合方法,配制杂交新组合,筛选出符合育种目标的苗头糯玉米新组合10余个。优质高产糯玉米杂交新组合“SKN3036”和优质紧凑型糯玉米杂交新组合“SKN3060”表现优良,商品外观性好,鲜食糯性品质好,适合上海及周边地区春秋季作为鲜食糯玉米栽培。
本研究利用Eco-TILLING等先进技术手段对糯玉米种质资源进行系统研究,发掘有育种价值的有利等位基因,进行种质创新,为糯玉米品质育种提供了新的思路和技术路线,也为糯玉米分子标记辅助育种奠定基础。