[00144807]玉米株型相关的耐旱基因/QTL定位及位点互作效应研究

1、课题来源与背景 干旱是限制玉米安全生产最为主要的非生物逆境胁迫之一,一般可使玉米减产20～30%,严重时达50%以上。因此,揭示玉米抗旱遗传机理对提高玉米抗旱性具有重要意义。在玉米抗旱分子遗传机理研究方面,由于抗旱性是一个复杂的数量性状,易受环境影响,研究较为困难。而随着现代分子生物学的发展,特别是分子标记技术的发展,为抗旱分子遗传机理研究提供了技术支撑。目前,国内外对玉米抗旱遗传机理的研究主要集中于抗旱相关性状的QTL定位、抗旱相关基因的克隆及功能研究等方面。如Zhu等（2011）以D5（抗旱）与7924（敏感）组配了180个F2：3家系,在两年田间正常灌溉和干旱胁迫2种环境下对单株产量、ASI、株高、穗位高和结穗率进行QTL定位,在第1、2、4号染色体总共检测到4个重要的耐旱性QTL热点区域。Messmer等（2011）以CML444（抗旱）和SC-Malawi（敏感）构建了236个重组自交系群体（RILs）,在两年田间正常灌溉、中度干旱胁迫、严重干旱胁迫3种环境下总共检测到32、25、11叶片叶绿素相对含量、持绿性、根部相对电导率的QTL。Su等（2011）以196份自交系为材料扩增nced和rab28基因全长DNA序列,在海南三亚和新疆乌鲁木齐进行大田抗旱性鉴定共测定20个形态、产量及产量构成因子性状,利用候选基因关联分析方法,nced和rab28基因在干旱胁迫下分别检测到13 和11个多态性位点和目标性状显著关联,该结果将有助于进一步开发抗旱功能标记和分子育种。张振平等（2009）、刘春华等（2011）、何海军（2011）、彭云玲等（2013）研究表明叶夹角、叶向值、叶长、叶宽等株型性状与玉米抗旱性紧密相关,具有紧凑株型的玉米较平展株型玉米具有较强的耐密植性和耐旱性。因此,从株型相关性状揭示玉米抗旱机理对揭示玉米抗旱机制及提高玉米抗旱性具有重要意义。 2、研究目的与意义 本项目以前期筛选获得的耐旱紧凑株型玉米自交系廊黄、昌7-2与旱敏感平展株型玉米自交系TS141 为试材,构建了两个F2作图群体;在干旱胁迫和正常供水处理下,通过对两个相应的F2：3家系进行叶夹角、叶向值、叶长、叶宽、株高、穗位高、雄穗分枝数等株型性状及ASI、雌穗个数、单穗重、穗轴重、百粒重、穗长等抗旱性鉴定指标鉴定,揭示玉米株型与抗旱性的关系,挖掘控制玉米株型相关的耐旱基因/QTLs位点,揭示QTLs与环境互作及上位性互作效应,深入阐述紧凑株型玉米的耐旱遗传机理;通过生物信息学方法,构建玉米株型性状“一致性”整合图谱、挖掘株型性状Meta-QTLs（MQTLs）,预测株型性状候选功能基因,为玉米耐旱育种及耐旱分子标记辅助选择（MAS）育种打下基础。 3、主要论点与论据 本项目选择玉米株型紧密相关性状与玉米抗旱性鉴定性状,利用2套F2：3家系在干旱胁迫和正常供水处理下,深入揭示玉米株型与抗旱性的关系;利用SSR分子标记技术对2套F2群体进行全基因组扫描构建了2套遗传连锁图谱,利用Win QTL Cart 2.5的CIM法检测了2套F2：3家系的株型相关QTLs,剖析玉米株型相关性状基因作用方式,利用QTL Network 2.0的MCIM分析QTL与环境互作、QTL上位性效应,并挖掘玉米株型相关性状稳定QTLs;利用生物信息学方法,构建了玉米株型相关性状“一致性”整合图谱,并进行Meta-QTL分析,挖掘了玉米株型相关性状MQTLs,并在此MQTLs区间预测玉米株型相关候选基因。本项目可为玉米耐旱遗传机理剖析、耐旱MAS育种打下基础。 4、创见与创新 采用逐步联合QTL定位的方法,在干旱胁迫和正常浇水条件下对不同年份大喇叭口期玉米株型相关性状进行QTL定位;找到株型相关的耐旱QTLs一致性区间（MQTL）。 5、社会经济效益,存在的问题 从亲本多态性SSRs标记筛选到两套遗传连锁图谱构建;从亲本间组配杂交组合再到自交得到F2群体进而得到F2：3家系;从F2：3家系株型性状的田间多点试验鉴定到株型相关耐旱QTLs定位再到挖掘MQTLs;从构建BC3F2进行定位群体及开发SSRs标记都需要花费大量人力、物力、时间,工作量大,再者玉米全生育期较长,因此周期较长。 6、历年获奖情况 无