玉米太空诱变核不育突变体矮化性状的QTL定位及分析

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玉米是世界上公认的三大作物之一(水稻、玉米、小麦),同时也是世界范围内种植面积最广泛的作物之一。玉米对我国粮食增产的贡献率要明显高于水稻与小麦,因此提高玉米产量是保障我国粮食安全重要的一步。利用玉米雄性不育系制种不仅能够省去人工去雄的繁杂劳动,同时可提升种子纯度。随着劳动力的城市化转移,不育化制种的普及迫在眉睫。因此,加强玉米雄性不育的研究、加快不育化制种的进程势在必行。1996年,四川农业大学玉米所利用返回式卫星搭载川单9号玉米种子进行太空诱变育种,在其后代获得一份雄性核不育突变体。该核不育突变株花粉败育彻底,不育性表现稳定;研究发现不育性受一对隐性单基因控制,利用SSR分子标记把不育基因定位在玉米第三染色体bin3.08位点上。经过多年观察发现不育株常常伴随矮化现象,即大多数不育株矮于可育株,针对不育株矮化这一现象,本文通过构建五套定位群体对该矮化现象进行QTL定位及分析,在分子水平上解释该现象。本文利用该份雄性不育突变体为研究材料构建定位群体。该份雄性不育突变体经姊妹交保种多代,在群体中得到同世代株高高度相似的不育株A1、A2、A3,利用不育株A1和A2(作母本)分别与自交系B73和Mo17组配,构建(A1×B73)F2代、(A2×Mo17)F2代群体;利用自交系B73作为轮回亲本与A3构建(A3×B73)BC2F2回交群体,利用姊妹交群体中的一株可育株自交得到的分离群体构建姊妹交F2群体,利用(Ai X B73)F2群体中在bin3.08位点发生交换的9株关键交换单株自交构建(Ai X B73)F3代群体。利用该5套群体进行第三染色体株高QTL定位,同时利用(A1X B73)F2代群体进行全基因组株高QTL定位,观察其他染色体上是否存在株高QTL位点。结果如下:1.由于前人研究把该不育基因定位到玉米第三染色体bin3.08位点上,所以利用构建的5套定位群体进行株高、穗位高、雄穗长度、雄穗分枝数及叶片等22个性状的第三染色体QTL定位,观察不育基因附近是否存在株高QTL。结果显示在五套群体的不育基因定位区域附近分别定位到一个主效株高QTL,表型贡献率在10.14-45.31%之间,其他相关株型性状的QTL也都被定位在不育基因附近。2.其他染色体是否存在株高QTL及分析这些QTL之间的关系,利用(A1×B73)F2群体进行全基因组株高QTL扫描。通过全基因组株高QTL定位发现在不育基因附近同样定位到一个株高QTL,其表型贡献率为26.96%,同时在不育基因附近也定位到一些与株型性状相关的QTL,这些结论与第三染色体株高QTL定位结果相一致;同时在第1、4、10号染色体上定位到株高QTL,表型贡献率分别为9.54%、7.05%、6.35%,属于微效株高QTL。3.通过上述五套定位群体对该雄性不育突变体株高进行第三染色体与全基因组QTL位点的扫描,证明在不育基因定位区段附近确实存在一个能强烈影响植株高度的位点。结合多年田间观测到的“高株不育株”与“矮株可育株”的现象,初步断定由于该不育基因与一个矮化基因连锁,最终导致了不育株的矮化。通过对“高株不育株”进行授粉保种,保留该植株基因型,用于后期育性与株高基因的研究;同时以A1×B73和A2×Mo17群体为主,构建保留目标QTL区域的异质自交家系(Heterogeneous inbred families,HIFs)和 BCn+iF1 回交家系(分别以 B73 和 Mo17 作为轮回亲本),用于后期矮化现象的研究及该株高QTL的克隆。
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