玉米光周期敏感相關(guān)性狀發(fā)育動態(tài)QTL定位_圖文

1、作物學(xué)報 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(4: 602 611/zwxb/ ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9E-mail: xbzwDOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00602玉米光周期敏感相關(guān)性狀發(fā)育動態(tài) QTL 定位庫麗霞 孫朝輝 王翠玲 張 君 張偉強 陳彥惠 *河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 , 河南鄭州 450002摘 要 : 玉米是短日照作物 , 大多數(shù)熱帶種質(zhì)對光周期非常敏感。光周期敏感性限制了溫、熱地區(qū)間的種質(zhì)交流。 研究玉米光周期敏感性的分子機理 , 有利于玉米種

2、質(zhì)的擴增、 改良、 創(chuàng)新 , 提高玉米品種對不同光周期變化的適應(yīng)性。 本研究以對光周期鈍感的溫帶自交系黃早四和對光周期敏感的熱帶自交系 CML288為親本配置的組合衍生的一套 207個重組自交系為材料 , 在長日照環(huán)境條件下對不同發(fā)育時期的葉片數(shù)、 株 (苗 高變化進行 QTL 分析。 結(jié)果表明 , 雙 親間的最終可見葉片數(shù)和株高差異很大 ; 發(fā)育初期 CML288的葉片數(shù)和苗高都低于黃早四 , 而發(fā)育后期 CML288的 葉片數(shù)和株高都明顯高于黃早四 ; 測定各時期 F 7重組自交系間也存在顯著差異。利用包含 237個 SSR 標記、圖譜總 長度 1 753.6 cM、平均圖距 7.40 c

3、M的遺傳連鎖圖譜 , 采用復(fù)合區(qū)間作圖法 , 分別檢測到控制葉片數(shù)和株 (苗 高發(fā)育 的 QTL 11個和 20個。但沒有一個條件 QTL 能在測定的幾個時期都有效應(yīng)。在長日照條件下 , 控制葉片數(shù)與株 (苗 高的非條件與條件 QTL 主要集中在第 1、 9和 10染色體上 , 特別是在第 10染色體的標記 umc1873附近均檢測到了 影響這兩個性狀的 QTL, 且在不同的發(fā)育時期單個條件和非條件 QTL 所解釋的表型變異分別為 4.34%25.74%和 10.02%22.57%, 表明這一區(qū)域可能包含光周期敏感性關(guān)鍵基因。關(guān)鍵詞 :玉米 ; 光周期敏感性 ; QTL; 發(fā)育數(shù)量遺傳QTL

4、Analysis of the Photoperiod Sensitivity-Related Traits at Different Developmental Stages in Maize (Zea mays L.KU Li-Xia, SUN Zhao-Hui, WANG Cui-Ling, ZHANG Jun, ZHANG Wei-Qiang, and CHEN Yan-Hui*College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, ChinaAbstract: Maize is originally

5、a short-day species and most tropical materials remain highly sensitive to photoperiod. Photoperiod sensitivity limits the potential for successful exchange of germplasm across temperate-tropical regions. Therefore, it would be very useful for breeders to better investigate the genetic basis of phot

6、operiod sensitivity due to not only being benificial to expan-sion, improvement and innovation of germplasm but also enhancing adaptation of maize varieties to seasonal changes in the length of a day (photoperiod. For identifying the genetic controls underlying this adaptation at different developme

7、nt stages in maize, a set of 207 recombinant inbred lines derived from a temperate and a tropical inbred line cross was evaluated for leaf number and seedling or plant height at different developmental stages in a long-day environment. The results showed there was apparent difference in the average

8、of leaf number and plant height for two parents. Leaf number and seedling height of the parent CML288 were less than those of Huangzao 4 at the beginning of plant development tested, but were more than those of Huangzao 4 at the later developmental stages. There was significant difference in the tra

9、its at the tested developmental stages for F7 recom-binant inbred lines. The unconditional and conditional QTLs for these traits were detected using genetic linkage maps constructed by 237 SSR markers with a total length of 1 753.6 cM and an average space between two markers of 7.4 cM, and composite

10、 in-terval mapping (CIM. Eleven and twenty QTLs were detected for leaf number and plant height, respectively. But there was no effect of conditional QTL at all the tested developmental stages. The conditional and unconditional QTLs for leaf number and plant or seedling height were mapped on chromoso

11、mes 1, 9, and 10. Especially, the QTLs located on chromosome 10 (close to umc1873 were for two traits at the later developmental stages, accounting for 4.3425.74% and 10.0222.75% of total pheno-typic variation by single conditional and unconditional QTL, respectively. These results showed that these

12、 regions might encom-pass some crucial candidate genes controlling photoperiod sensitivity.Keywords: Maize; Photoperiod sensitivity; QTL; Developmental quantitative inheritance本研究由國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃 (863計劃 重大專項 (2006AA100103和河南省重大科技專項 (06200110200資助。*通訊作者 (Corresponding author:陳彥惠 , E-mail: chy989Received(

13、收稿日期 : 2009-08-09; Accepted(接受日期 : 2009-12-08.第 4期 庫麗霞等 : 玉米光周期敏感相關(guān)性狀發(fā)育動態(tài) QTL 定位 603大約 9 000年前 , 玉米起源于一種生長在中南 美洲熱帶和亞熱帶高原地區(qū)的野生黍類 , 經(jīng)過逐漸 的培育 , 經(jīng)由北美和南美傳播到歐洲 1。這種向高 緯度地區(qū)的傳播伴隨著開花時間對長日照和低溫的 逐漸適應(yīng) 2。來自于玉米多樣性中心的熱帶玉米具 有廣泛的遺傳基礎(chǔ) , 具備許多溫帶種質(zhì)所不具備的 優(yōu)良性狀 , 即耐旱性、耐濕性 , 氣生根發(fā)達抗倒伏 , 抗病性強 , 葉片功能期長、葉綠素含量高等 , 是拓 寬溫帶玉米遺傳種質(zhì)的優(yōu)

14、良素材 3。而引到溫帶地 區(qū)的熱帶種質(zhì)表現(xiàn)出營養(yǎng)生長旺盛 , 莖節(jié)數(shù)和葉片 增多 , 生殖生長受到抑制 , 抽雄期和吐絲期延遲 , 晚熟 , 雌雄不協(xié)調(diào) , 甚至不能開花結(jié)果等明顯的不 適應(yīng)性現(xiàn)象 3。由此可見 , 光周期敏感性嚴重限制 了熱帶玉米在溫帶地區(qū)的利用。所以研究玉米光周 期敏感性的遺傳特性及其分子機制對改良溫帶玉米 種質(zhì)具有重要意義。評價光周期敏感性的指標比較復(fù)雜 , 不同研究 者采用的指標不同。而不少研究者認為吐絲期、株 高、抽雄期、散粉期、穗位高、雌雄間隔期、葉片 數(shù)等性狀能夠穩(wěn)定地反映玉米光周期敏感性 , 可以 作為評價玉米光周期敏感特性的可靠指標 4-10。 一些 研究表明

15、開花時間不僅受光周期影響 , 在一定程度 上也受溫度的影響 , 而葉片數(shù)基本上不受溫度的影 響 , 所以用葉片數(shù)評價光周期敏感性更為可靠 11-13。 然而 , 雖然對玉米光周期敏感性指標葉片數(shù)做了較 深入的研究 , 并已經(jīng)定位了不同環(huán)境下葉片數(shù)的 QTL 14-15。但目前葉片數(shù)在光周期條件下的發(fā)育動 態(tài) QTL 定位仍未見報道。本研究對玉米不同發(fā)育階段的葉片數(shù)和株高進 行 QTL 定位 , 旨在闡明光周期敏感相關(guān)性狀在其發(fā) 育過程中動態(tài)變化特點和在不同發(fā)育時期的表達規(guī) 律 , 揭示該性狀發(fā)育的分子機理 , 并為深入研究玉米 光周期敏感性的機理提供有益的信息。1 材料與方法1.1供試材料以溫

16、帶對光周期反應(yīng)鈍感的自交系黃早四和來 自 墨 西 哥 國 際 玉 米 小 麥 改 良 中 心 (CIMMYT選 自 Pop24的熱帶硬粒型、在溫帶表現(xiàn)很強光周期敏感 性的自交系 CML288為親本 , 2002年冬在海南三亞 組配雜交組合黃早四 ×CML288, 在海南短日環(huán)境下 通過單粒傳法連續(xù)多代自交 , 2005年冬獲得 F 7代重 組自交系群體。 1.2田間試驗設(shè)計與性狀調(diào)查2006年 4月 27日在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)種 植 207個重組自交系群體和雙親及 F 1。采用完全隨 機區(qū)組設(shè)計 , 3次重復(fù) , 單行區(qū) , 行長 4 m, 株距 0.27 m, 行距 0.63 m

17、。各種管理措施同一般大田。每小 區(qū)選擇中間 5個正常生長的單株掛牌并編號進行單 株調(diào)查。在玉米生長過程的不同時期分別用紅色油 漆標記第 5、第 10和第 15片葉 , 以便調(diào)查可見葉 片數(shù) , 當植株最上部新展開的心片達到 5 cm時被 認為是可見葉 (伸出葉 。在植株發(fā)育前期調(diào)查的 株高實際上指的是苗高 , 但為了敘述的方便 , 以下 均用株高表述。株高在抽雄以前是指從地面到植 株心葉中部的距離 , 抽雄后是指地面到雄穗頂部的 距離。 于 6月 18日第一次調(diào)查葉片數(shù)和株高 , 第二 次于 7月 1日 , 以后每隔 10 d調(diào)查一次 , 直至葉片 和株高不再增長時停止調(diào)查。 共調(diào)查 5次葉片

18、數(shù) (分 別用 t1, t2, , t5表示 和 6次株高 (分別用 t1, t2, , t6表示 。 以每小區(qū) 5個單株的平均值作為該小區(qū)的 性狀值。1.3基因型分析和分子連鎖圖譜構(gòu)建采用改良的 SDS 方法 18分別提取親本、 F 1和重 組自交系群體各家系的總 DNA 。根據(jù) MaizeGDB (/發(fā)布的分子標記連鎖圖 , 挑選均勻覆蓋玉米基因組的 713個 SSR 標記 , 進行 親本多態(tài)性檢測。 用 Mapmaker Version 3.0構(gòu)建覆蓋 玉米 10條染色體的遺傳連鎖圖 (LOD>3.019。 1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析將 F 7家

19、系群體內(nèi)小區(qū)平均數(shù)為單位用于統(tǒng)計分 析。采用 Zhu 17提出的條件遺傳效應(yīng)值的統(tǒng)計分析 方法 , 可以獲得給定 t 1時期表型值的 y (t 時期條件表 型值 y (t t 1 。利用 SPSS10.020軟件對玉米葉片數(shù)和 株高不同發(fā)育階段的表型值進行方差分析 , 并進行 正態(tài)分布檢測。利用 QGA-cn軟件包中的 QGAStation 軟件對 不同發(fā)育時期葉片數(shù)和株高進行逐步條件分析 , 利 用 WinQTLcartV2.5軟件的復(fù)合區(qū)間作圖法 16進行 葉片數(shù)和株高的非條件 QTL 分析 , 在 P <0.05顯著性 水平下通過 1 000次排列性檢驗給定每個 QTL 的顯 著性

20、 LOD 值 (LOD>2.5, 超過該 LOD 值認定存在一 個 QTL 16,21。 非條件 QTL 的遺傳效應(yīng)是指從播種到 t 時刻的葉片數(shù)、株高遺傳效應(yīng)總量。條件 QTL 的 遺傳效應(yīng)是指 t 1時期到 t 時期這一特定時間內(nèi)的遺 傳效應(yīng)增量。第一次測定時期的非條件 QTL, 即為604作 物 學(xué) 報 第 36卷初始時刻至第一次測定時期的條件 QTL 。根據(jù)不同 時期測定的數(shù)據(jù)進行定位 , 稱之為非條件 QTL, 根 據(jù)不同時期的凈增長量數(shù)據(jù)進行 QTL 定位 , 稱之為 條件 QTL 。2 結(jié)果與分析2.1 親本和 RIL 群體葉片數(shù)、株高表型分析親本、 F 1及其 RIL 群

21、體在各個測定時期的葉片 數(shù)和株高表型值列于表 1。 從表 1可知 , 雙親間的最 終可見葉片數(shù)和株高差異很大 , CML288為高值親本 , 葉 片數(shù)為 29.38片 , 株高達 237.79 cm, 黃早四為低值 親本 , 葉片數(shù)只有 21.09片 , 株高僅 176.00 cm, 而 CML288最初始 (6月 18日 的葉片數(shù)和株高卻都低 于黃早四。 在 7月 11日以后 , 黃早四散粉已經(jīng)結(jié)束 , 葉片數(shù)不再增加 , 株高也基本停止增長 , 但這時的 CML288尚未抽雄 , 仍在進行著葉片數(shù)的增加和莖 節(jié)的伸長 , 表現(xiàn)出熱帶材料的典型特征。 F 1的葉片 數(shù)在各個調(diào)查時期表現(xiàn)為中親

22、或超親優(yōu)勢 ; 在株高 上均高于高值親本 , 表現(xiàn)出超親優(yōu)勢。在玉米葉片 和株高發(fā)育過程中 , 各生育時期的 F 7代 RIL 之間的 F 值均達極顯著水平 , 表明各個家系間存在真實的 遺傳差異 , 可做進一步遺傳分析。葉片數(shù)、株高在 F 7代 RIL 群體分布的偏斜度、峰度絕對值均小于 1, 各性狀均有較大的變異幅度。 從 F 7家系頻率分布看 , 各性狀均表現(xiàn)出數(shù)量性狀遺傳正態(tài)分布的特點。因 此 , 該群體可以用于 QTL 定位與分析。 RIL 群體的表現(xiàn)存在明顯的發(fā)育動態(tài)差異。2.2 分子標記連鎖圖譜的構(gòu)建對 258個帶型清晰、 重復(fù)性好、 多態(tài)性強的 SSR 標記進行群體基因型分析

23、, 21個標記不能被整合到 連鎖群上。剩余的 237個標記被構(gòu)建成一張覆蓋玉米 10條染色體、 圖譜總長度 1 753.6 cM、 平均圖距 7.40 cM 的遺傳連鎖圖 (圖 1 。該連鎖圖譜同已發(fā)表的高 密度標記的 IBM 群體連鎖圖譜相比其圖譜總長度、 分子標記總數(shù)和平均間距都有一定差距 , 但共同 SSR 標記所在染色體的 bin 位點都是一致的 , 僅有個 別標記順序上略有出入。2.3 群體 QTL 定位及效應(yīng)分析2.3.1 不同發(fā)育時期葉片數(shù)的 QTL 分析 在不 同的發(fā)育時期 , 共檢測到控制葉片數(shù)的 QTL 11個 , 其 中非條件 QTL 8個 , 條件 QTL 6個 , 條

24、件與非條件 都檢測到的 QTL 有 3個。在 6月 18日檢測到的非 條件 QTL 也就是初始時刻至第 1次測定時期的條件 QTL 共檢測到 2個 , 在 7月 1日檢測到 3個非條件 QTL 和 1個條件 QTL, 在 7月 11日檢測到 3個非條 件 QTL 和 3個條件 QTL, 在 7月 21日檢測到 4個 非條件 QTL 和 4個條件 QTL, 在 7月 31日檢測到 4個非條件 QTL 和 3個條件 QTL (圖 1 。從影響各測定時期葉片數(shù)的 QTL 看 (表 2, 控制 最終時期葉片數(shù)的 4個非條件 QTL 分別定位在第 1、 第 4、第 8和第 10染色體上 , 其中有兩個位

25、點在多 個測定時期都能檢測到。 qLN1-1增效等位基因來表 1 親本、 F 1和 F 7 家系在不同時期葉片數(shù)和株高的表型Table 1 Leaf number and plant height of parents, F1 and F7 families at different stages親本和 F 1 Parent and F1RIL 性狀 Trait 時期 Stage黃早四 Huangzao 4CML288 F1平均 Mean 變異范圍 Range of variance (%峰度 Kurtosis偏度 SkewnessF 值 F -valuet1 15.51±0.21

26、14.23±0.22 17.81±0.2014.95±0.0612.8917.60 0.17 0.12 3.151*t2 20.07±0.14 20.42±0.32 23.87±0.1220.62±0.1517.2323.73 0.27 0.03 6.097*葉片數(shù) Leaf numbert3 21.09±0.11 25.72±0.31 25.62±0.1023.97±0.1119.8727.90 0.23 0.02 11.907*t4 21.09±0.10 28.12

27、77;0.38 25.65±0.1824.92±0.1519.8730.68 0.26 0.22 21.343* t5 21.09±0.10 29.38±0.32 25.65±0.1825.06±0.1719.8732.31 0.14 0.46 21.728*t1 73.42±3.30 70.50±1.18 111.08±2.9673.97±0.6444.5398.00 0.29 0.11 1.868*t2 129.54±2.61 114.04±2.82 182.28

28、7;2.13123.65±0.9986.20167.730.83 0.05 2.582*株高 Plant height (cm t3 173.44±1.23 161.56±3.66 256.56±4.92176.05±1.34128.40227.520.04 0.124.025*t4 176.00±1.32 194.57±2.20 282.25±1.95207.71±1.42161.01254.670.47 0.046.576*t5 176.00±1.32 211.22±4.23 28

29、2.22±1.37218.81±1.66161.01281.200.44 0.16 14.735*t6 176.00±1.32 237.79±3.05 283.31±1.76220.67±1.76161.01282.530.500.22 16.086*t1、 t2、 t3、 t4、 t5和 t6分別表示 6/18、 7/1、 7/11、 7/21、 7/31、 8/10 (月 /日 。 *表示在 1%水平上差異顯著t1, t2, t3, t4, t5, and t6 denote 18 June, 1 July, 11 July, 2

30、1 July, 31 July, and 10 Aug., respectively. *Denotes significant difference at the 1% probability level.第 4期庫麗霞等 : 玉米光周期敏感相關(guān)性狀發(fā)育動態(tài) QTL 定位 605 圖 1 不同發(fā)育時期檢測到的葉片數(shù)和株高的條件和非條件 QTLsFig. 1 The unconditional and conditional QTLs detected for leaf number and plant height at different developmental stages AE表示

31、葉片數(shù)不同測定時期的非條件 QTL; ad表示葉片數(shù)不同測定時期的條件 QTL; 16表示株高不同測定時期的非條件 QTL; 表示株高不同測定時期的條件 QTL 。AE and ad denote unconditional QTL and conditional QTL of leaf number at different tested stages, respectively; 16 and denoteunconditional QTL and conditional QTL of plant height at different tested stages, respectivel

32、y.自母本黃早四 , 除 7月 1日外在其他各個時期均連 續(xù)被檢測到 , 加性效應(yīng)值在 6月 18日較低 , 在后 3個時期較高 , 但彼此略有差異。 qLN4-2增效等位基 因來自父本 CML288, 可使葉片數(shù)增加 0.58片 , 僅 在最后時期被檢測到。 qLN10-1在前期 (6月 18日和7月 1日 并未被檢測到 , 只在絕大多數(shù)株系總?cè)~片 數(shù)都基本達到穩(wěn)定 (7月 11日 以后才被檢測到 , 其增 效等位基因來自父本 CML288, 加性效應(yīng)值隨調(diào)查 時期的推移逐漸增大 , 表現(xiàn)為不斷的累積效應(yīng)。此 外 , qLN4-1、 qLN1-2和 qLN7-1只在葉片數(shù)生長的某606作 物

33、 學(xué) 報 第 36卷一個或幾個時期能被檢測到 , 在最終時期都未被檢 測到。這些結(jié)果表明 , 不同時期可能有新的或有其 他影響葉片數(shù)的基因在表達 ; 在各測定時期檢測到 的顯著影響葉片數(shù)的非條件 QTL 數(shù)目比最終時刻檢 測的要多 ; 各測定時期檢測到的非條件 QTL 數(shù)目和 加 性 效 應(yīng) 值 的 差 異 揭 示 了 控 制 性 狀 表 現(xiàn) 的 基 因 (QTL在不同發(fā)育時期的表達不同。非條件 QTL 分析不能檢測出從 t 1時刻至 t 時 刻基因 /QTL的表達。條件 QTL 定位分析有助于從 分子水平深入地研究基因 /QTL在葉片生長發(fā)育過 程中的時序性表達。采用條件分析方法和復(fù)合區(qū)間

34、作圖法定位了給定 t 1時刻表型值 , t 時刻顯著影響 葉片數(shù)的 4個時期的共計 6個條件 QTL (表 2 。在 各個時期都檢測了條件 QTL, 說明植株葉片數(shù)的增 加是一個漸進的發(fā)育過程。 qLN10-1除 6月 18日 7月 1日段外 , 在后 3個發(fā)育階段持續(xù)表達 , 加性效應(yīng) 值和貢獻率在 7月 1日 7月 11日時分別為 0.63和 20.40, 7月 11日 7月 21日分別為 0.58和 24.54, 7月 21日 7月 31日分別為 0.14和 9.51, 增效等位基 因來自父本 CML288, 這說明在 7月 11日 7月 21日發(fā)育階段是該 QTL 表達的高峰期 , 此

35、后在 7月 21日 7月 31日階段該 QTL 表達的水平降低。由于條 件 QTL qLN10-1的表達 , 其對應(yīng)的非條件 QTL qLN10-1也在后 3個時期都被檢測到 , 且加性效應(yīng)值 也從 0.51逐漸增加到 1.15。 在 7月 11日 7月 21日 與 7月 21日 7月 31日后兩個發(fā)育階段連續(xù)檢測到 條件 QTL qLN8-1, 卻僅在 7月 31日檢測到非條件 QTL qLN8-1, 體現(xiàn)了發(fā)育性狀 QTL 表達的時空性。 此外 , 還檢測到多個在一個或多個發(fā)育階段表達的 條件 QTL, 如 qLN1-1、 qLN2-1、 qLN4-4、 qLN9-1等。 從 QTL 的數(shù)

36、目和條件效應(yīng)值在葉片數(shù)不同測定 時期的變化來看 , 7月 1日 7月 31日該時段內(nèi)的基 因 (QTL表達較為活躍 , 這跟群體葉片數(shù)的增長變 化是相吻合的。2.3.2 不同發(fā)育時期株高的 QTL 及遺傳效應(yīng)分析 在不同的發(fā)育時期 , 共檢測到控制株高的 QTL 20個 , 其中非條件 QTL 11個 , 條件 QTL 16個 , 條 件與非條件 QTL 都檢測到的有 7個。在 6月 18日 檢測到的非條件 QTL 也就是初始時刻至第 1次測定 時期的條件 QTL, 共 2個 , 在 7月 1日檢測到 3個非 條件 QTL 和 4個條件 QTL, 在 7月 11日檢測到 5個非條件 QTL 和

37、 3個條件 QTL, 在 7月 21日檢測 到 3個非條件 QTL 和 5個條件 QTL, 在 7月 31日 檢測到 5個非條件 QTL 和 6個條件 QTL, 在 8月 11 日檢測到 6個非條件 QTL 和 3個條件 QTL (表 3 。 從影響各測定時期株高的 QTL 看 (表 3, 控制最 終株高的 6個非條件 QTL 分別被定位在第 1、 第 3、 第 4和第 10染色。 qPH1-3、 qPH1-5增效等位基因 來自母本黃早四 , 分別在調(diào)查的后 4、 5個時期被檢 測到 , 加性效應(yīng)值隨調(diào)查時期推移都表現(xiàn)為緩慢增 加。 qPH4-1增效等位基因來自于父本 CML288, 在 連續(xù)

38、的后兩個時期均被檢測到 , 加性效應(yīng)值與貢獻 率都表現(xiàn)為后期比前期高。 qPH10-1在前期并未被 檢測到 , 只在絕大多數(shù)株系株高都達到穩(wěn)定 (7月 21日 以 后 才 被 檢 測 到 , 增 效 等 位 基 因 來 自 父 本 CML288, 且隨調(diào)查時期的推移加性效應(yīng)值和貢獻 率都增大。此外 , 在一個或幾個測定時期還檢測到 其他一些顯著影響株高的非條件 QTL (表 2 。上述 結(jié)果表明 , 控制株高性狀的 QTL 也并非在株高整個 發(fā)育時期都能被檢測到 , 也有其作用的具體時間段 ; 在各測定時期檢測到的顯著影響株高的非條件 QTL 數(shù)目比最終時刻檢測的要多 ; 各測定時期檢測到的

39、非條件 QTL 數(shù)目和加性效應(yīng)值的差異揭示了控制性 狀表現(xiàn)的 QTL 在不同發(fā)育時期的表達是不同的。 從 t 1時刻至 t 時刻共檢測出顯著影響葉片數(shù)的 5個階段的共計 16個不同的條件 QTL (表 3, 在各 個時期都檢測到了條件 QTL, 說明植株的增高是一 個漸進的發(fā)育過程。條件 QTL qPH10-1增效等位基 因來自父本 CML288, 在后 3個發(fā)育階段持續(xù)表達 , 加性效應(yīng)值和貢獻率在 7月 11日 7月 21日分別為 2.95和 4.34, 7月 21日 7月 31日分別為 7.09和 25.74, 7月 31日 8月 10日分別為 1.10和 4.95, 這說明該 QTL

40、在 7月 11日 7月 21日發(fā)育階段開始緩慢表達 , 7月 21日 7月 31日階段達到表達的高峰 , 此后在 7月 21日 7月 31日階段表達水平降低。對應(yīng)的非條 件 QTL qPH10-1并未在 7月 21檢測到 , 而在 7月 31日以及 8月 10日被檢測到 , 且非條件加性效應(yīng)值 由于新基因 (QTL表達的累積 , 從 8.49 cm增加到 9.67 cm。條件 qPH4-1、 qPH9-2在后兩個株高發(fā)育 階段都連續(xù)被檢測到 , 增效等位基因來自 CML288。 除此之外 , 還檢測到多個僅在一個發(fā)育階段表達的 條件 QTL, 如 qPH-1、 qPH1-2、 qPH4-2、

41、qPH7-2等。 條件 QTL 的定位解釋了在不同發(fā)育階段影響株高非 條件 QTL 變化的原因。從 QTL 的數(shù)目和條件效應(yīng) 值在株高不同測定時期的動態(tài)變化來看 , 7月 11日 7月 31日的基因表達較為活躍 , 這跟群體的株高長變化 相吻合?？傊?, 葉片數(shù)的基因 (QTL表達活躍期較株高表 2 各測定時期葉片數(shù) QTL 的效應(yīng)Table 2 QTL effect of leaf number in the tested stagest1 t2 t3 t4 t5QTL 標記區(qū)間 Marker intervalLOD AaR 2 bLOD A R 2 LOD A R 2 LOD A R 2

42、LOD A R 2 qLN1-1 umc1243umc2025t c 3.5 0.5 9.8 4.1 0.5 5.2 3.0 0.5 3.7t/t1d 4.1 0.4 5.9 qLN1-2 umc2236umc2237t 3.7 0.4 8.4t/t1 qLN2 umc1042umc1464tt/t1 3.4 0.24 7.0 qLN4-1 bnlg1137dupssr34t 4.0 0.4 8.0 3.5 0.4 6.4 3.9 1.0 6.4t/t1qLN4-2 umc1631umc2046t 4.0 0.6 5.6t/t1qLN4-3 umc110

43、1bnlg589t 5.1 1.0 6.6t/t1 qLN4-4 umc1180umc2289tt/t1 3.8 0.0 4.8 3.4 0.1 5.0 qLN7 umc1225bnlg339t 4.0 0.4 9.3t/t1qLN8 umc1415umc2075t3.6 0.5 4.1t/t1 3.9 0.0 4.5 2.9 0.1 5.3 qLN9 umc1357umc1494tt/t1 5.7 0.4 8.0 4.0 0.0 4.7qLN10 umc1873umc1077t 6.0 0.5 10.0 16.2 1.0 23.0 16.3 1.2 22.5t/t113.0 0.6 20.4

44、 17.5 1.0 25.0 5.3 0.1 9.5a表示加性效應(yīng) ; b 表示單個 QTL 解釋的表型變異 ; c 表示 t 時刻的值 ; d 表示 t 1到 t 時刻的值。 t1、 t2、 t3、 t4、 t5和 t6分別表示 6/18、 7/1、 7/11、 7/21、 7/31和 8/10(月 /日 。adenotes additive effect; b denote phenotypic variation explained by single QTL; c denotes value at t moment; d denotes value from t-1 to t mome

45、nt. t1, t2, t3, t4, t5, and t6 denote 18 June, 1 July, 11July, 21 July, 31 July, and 10 Aug., respectively.表 3 各測定時期株高 QTL 的效應(yīng)Table 3 QTL effect of plant height in the tested stagest1 t2 t3 t4 t5 t6 QTL 標記區(qū)間 Marker interval LOD A R LOD A R LOD A R LOD A R LOD A R LOD A R qPH1-1umc1613phi056 tt/t1d4.

46、7 2.7 8.4 4.3 4.06.2 qPH1-2umc2145bmc2238 tt/t1 2.7 1.86.1 qPH1-3umc1243umc2025 t 3.2 4.8 6.4 4.6 5.6 8.5 3.6 5.7 5.9 3.7 5.9 5.6t/t1 qPH1-4bnlg1556umc1122 t 2.9 6.8 7.1t/t1 5.3 3.86.7 qPH1-5umc2189umc1500 t 3.8 3.87.7 4.5 5.5 9.0 3.0 4.3 4.9 4.7 7.0 8.1 5.8 8.2 9.7t/t1 3.5 1.95.8 qPH3-1Gst14umc1539

47、 t 3.3 6.5 7.0t/t1 7.1 5.014.0 qPH3-2bnlg197umc1489 tt/t1 2.9 2.84.1 qPH4-1bnlg2244umc1086 t 4.7 6.37.3 6.4 7.4 8.6t/t1 4.5 3.55.8 4.5 1.3 7.5 qPH4-2umc1631umc2046 tt/t1 3.5 4.06.6 qPH4-3umc1180umc2289 tt/t1 4.1 3.24.8 qPH5 umc1221umc2026 t 3.2 3.46.3t/t1 qPH6-1ylssrbmc1422 tt/t1 3.8 2.58.8 qPH6-2um

48、c1979umc1617 t 2.6 4.1 5.2t/t1 qPH7-1umc1545umc1426 t 2.8 4.53.8t/t1 qPH7-2umc1275bnlg339 tt/t1 5.0 3.2 12.0 qPH7-3bnlg1666umc2332 tt/t1 3.1 3.06.0 qPH8 umc1984umc2075 t 2.9 4.411.93.0 4.2 5.3t/t1 7.1 2.712.0 qPH9-1umc1494umc2343 t 3.6 2.68.5 4.6 5.7 8.6 3.2 5.2 7.0t/t1 3.7 2.7 7.2 qPH9-2u

49、mc1732bmc1191 tt/t1 3.5 3.34.5 3.4 1.3 6.0 qPH10 bnlg1712umc1873 t 9.0 8.5 15.2t/t12.6 3.04.3 3.0 1.1 5.0a表示加性效應(yīng) ; b 表示單個 QTL 解釋的表型變異 ; c 表示 t 時刻的值 ; d 表示 t 1到 t 時刻的值。 t1、 t2、 t3、 t4、 t5和 t6分別表示 6/18、 7/1、 7/11、 7/21、 7/31和 8/10(月 /日 。adenotes additive effect; b denote phenotyp

50、ic variation explained by single QTL; c denotes value at t moment; d denotes value from t 1 to t moment. t1, t2, t3, t4, t5, and t6 denote 18 June, 1 July, 11 July, 21 July, 31 July, and 10 Aug., respectively.第 4期 庫麗霞等 : 玉米光周期敏感相關(guān)性狀發(fā)育動態(tài) QTL 定位 609的表達活躍期早 , 這是因為株高的增長是由葉片數(shù) 的增加和莖節(jié)的伸長所引起的。此外 , 在葉片數(shù)和 株高早

51、期的非條件與條件 QTL 定位中 , 加性等位基 因都來自母本黃早四 , 而在后期則絕大多數(shù)都來自 父本 CML288, 說明父本 CML288對群體后期株高 的增長和葉片數(shù)的增加起主要作用。3討論本研究表明 , 兩個自交系在葉片和株高上的發(fā) 育特點及其不同時期控制的 QTL 均存在有明顯差 異。發(fā)育前期 (葉片數(shù) : 7月 1日前 ; 株高 : 7月 11日 前 黃 早 四 的 葉 片 數(shù) 和 株 高 的 發(fā) 育 速 度 明 顯 高 于 CML288, 黃早四比 CML288較早進入營養(yǎng)生長旺 盛的拔節(jié)期和營養(yǎng)生長與生殖生長并進等時期 , 以 后測定的時期 CML288的葉片數(shù)和株高的明顯高

52、于 黃早四 , 就各測定發(fā)育時期的 QTL 的效應(yīng)分析而言 , 生育前期控制葉片數(shù)的非條件增效等位基因主要來 自黃早四 , 而所有被測量的時期的條件增效等位基 因主要來自 CML288; 生育前期控制株高的非條件 和條件增效等位基因都主要來自黃早四 , 而生育后 期控制株高的非條件和條件增效等位基因主要來自 CML288 (表 2和表 3 。然而沒有一個 QTL 能在測 定的所有時期都有效應(yīng) , 說明在測定的 QTL 中沒有 一個基因能在玉米生長的所有階段都表達 , 這與發(fā) 育遺傳學(xué)理論是一致的。在玉米發(fā)育的不同時期 , 采用條件分析方法 , 能 夠進一步將特定時刻發(fā)育數(shù)量性狀剖分為孟德爾因

53、子定位在染色體上 , 并估計其遺傳效應(yīng)。本研究共檢 測到控制株高發(fā)育和控制葉片數(shù)發(fā)育的 QTL 為 20個 和 11個。 在這些 QTL 中 , 位于第 1染色體的 bin 1.10位點 (qPH1-5等 、第 4染色體的 bin 4.084.09位點 (qPH4-1、 qLN4-1等 、第 7染色體的 bin 7.037.04位點 (qPH7-3、 qLN7-1等 的 QTL 很有可能是控制玉 米苗 (株 高和葉片數(shù)的 QTL, 這些位點與王翠玲 等 22用同一套材料在 3個不同長短日照條件下均能 穩(wěn)定表達的 QTL 是一致的 ; 位于第 1染色體的 bin 1.041.05和 1.07位點

54、 (qPH1-3、 qPH1-4、 qLN1-2等 、 第 3染色體的 bin 4.084.09位點 (qPH3-1等 、第 8染色體的 bin 8.03位點 (qPH8-1、 qLN8-1等 、第 9染 色體的 bin 9.059.06位點 (qPH9-1、 qLN9-1等 、第 10染色體的 bin 10.04位點 (qPH10-1、 qLN10-1等 QTL 可能與光周期敏感途徑有關(guān) , 這些位點與王翠 玲 22、 Moutiq 等 23、 Blance 等 24、 Chardon 等 25、 Koester 等 26和 Presterl 等 27的報道基本一致。 其他的 QTL 需要進

55、一步驗證是控制玉米苗 (株 高和葉片數(shù) 還是與光周期敏感途徑有關(guān)。兩個性狀的 QTL 定位結(jié)果表現(xiàn)出集中分布的現(xiàn) 象。在控制葉片數(shù)與株高的所有的非條件與條件 QTL 中 , 主要集中在第 1、 9和 10染色體上相同或 相近的位點。 特別是在第 10染色體的標記 umc1873附近均檢測到了影響這兩個性狀的 QTL, 且在特定 的發(fā)育時期非條件 QTL 所解釋的表型變異均超過 10%。 Moutiq 等 23、程芳芳 28、王翠玲等 22研究表 明 , 該 QTL 在長日照下特異表達 , 附近存在控制玉 米光周期敏感性葉片數(shù)、株高的 QTL 。此外 , 一些 研究將與光周期敏感相關(guān)性狀的基因也

56、定位了這一 區(qū)域 29-32。而且該主效 QTL 在前期并未被檢測到 , 只在絕大多數(shù)株系葉片數(shù)和株高都達到穩(wěn)定以后才 被檢測到 , 增效等位基因均來自父本 CML288, 這 與熱帶光周期敏感材料的表現(xiàn)一致。這些結(jié)果表明 , 光周期敏感性相關(guān)的這兩個性狀不是獨立起作用的 , 而是存在著某種遺傳相關(guān) , 這與王翠玲等 15的研究 結(jié)果一致。本研究關(guān)于發(fā)育數(shù)量性狀的 QTL 定位結(jié)果 , 對 改進分子標記輔助選擇數(shù)量性狀的策略和選擇效率 具有重要的指導(dǎo)意義。如對株高在測定末期只能檢 測到 6個非條件 QTL, 而對株高的動態(tài) QTL, 在整 個發(fā)育過程中有 20個 ; 對葉片數(shù)在測定末期只檢測

57、到 4個非條件 QTL, 對葉片數(shù)的動態(tài) QTL 在整個發(fā) 育過程中有 11個。這表明 , 基于最終數(shù)量性狀表型 值的靜態(tài) QTL 分析方法不能充分反映發(fā)育過程中所 有基因的數(shù)目和真實作用方式 , 也就不能精確、完 整地定位影響植株性狀的所有 QTL 。 Yan 等 33、劉 宗華等 34、嚴建兵等 35也都認為在某個特定位點 , 基因在不同發(fā)育時期可能有完全相反的遺傳效應(yīng)或 者在一個位點存在多個控制同一性狀基因并且在不 同發(fā)育時期有不同的表達。因此僅依據(jù)最后時期表 型值進行 QTL 定位 , 可能檢測不到這些基因或者低 估其效應(yīng)值。這也暗示對株高和葉片數(shù)等數(shù)量性狀 進行分子標記輔助選擇時 ,

58、 還必須同時對不同發(fā)育 時期表達的 QTL 進行選擇才可能達到理想的效果。4結(jié)論明確了發(fā)育初期光周期鈍感的玉米自交系黃早610作 物 學(xué) 報 第 36卷四 的 葉 片 數(shù) 和 株 高 多 于 光 周 期 敏 感 的 自 交 系 CML288, 發(fā)育后期則相反。 于第 1染色體的 bin 1.10位點、第 4染色體的 bin 4.084.09位點、第 7染色 體的 bin 7.037.04位點很有可能是控制玉米苗 (株 高和葉片數(shù)的 QTL; 第 1染色體的 bin 1.041.05和 1.07位點、第 3染色體的 bin 4.084.09位點、第 8染色體的 bin 8.03位點、 第 9染色體的 bin 9.059.06位點、第 10染色體的 bin 10.04位點可能與光周期 敏感途徑有關(guān)。References1 Piperno D R, Flannery K V. The earliest archaeological maize (Zea mays L. from highland Mexico: New accelerator mass spectrometry dates and their implications. Proc