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一年生墨西哥类玉米又称大刍草,属于玉米野生近缘种,具有分蘖性好、再生能力强、无性繁殖能力强、高抗、高产、优质蛋白含量高等优良性状,而且与玉米高度同源,杂交亲和性好,因此是改良玉米品质的好材料,同时也是玉米遗传育种的优良基因库、解决玉米遗传种质基础日趋狭窄、丰富玉米种质资源的重要途径。玉米许多重要性状,如出雄期,叶片数等一般是受多基因控制的数量性状,准确鉴定和定位数量性状基因座(quantitative trait locus,QTL)是克隆和利用QTL的基础。为了提高准确性,一些研究者提出利用近等基因系(near-isogenic line,NIL)、染色体片段代换系(chromosome segment substitution line,CSSL)等次级作图群体进行QTL作图。当代换片段只代换来自供体亲本的一个染色体片段,而基因组的其余部分均与受体亲本相同时,则称为单片段代换系(Single Segment Substitution Lines,SSSLs)。单片段代换系(SSSLs)与其受体亲本之间只存在一个已知代换片段的差异,可把控制数量性状的多基因分解为单个孟德尔因子,同时消除了遗传背景的干扰,因此,构建代换片段能相互重叠,且能覆盖整个基因组的SSSL群体对水稻、玉米等作物的QTL定位和功能基因组学研究具有十分重要的作用。
本试验利用玉米野生近缘种大刍草自交系作为供体亲本,温带玉米zh58自交系为受体亲本,构建玉米第十染色体大刍草单片段代换系群体以用于分析玉米相关性状的QTL,主要试验结果如下:
1.本试验从玉米第十染色体上158对SSR分子标记中选择分布均匀的88对SSR分子标记进行亲本间多态性的筛选,共获得32对在受体、供体亲本间有明显多态性差异的SSR分子标记,多态性条带的大小在100bp-200bp左右,多态率为36.36%,平均遗传距离为18.07cM。
2.初构建了玉米第十染色体大刍草单片段代换系。不同世代中共获得68个单片段代换系,总长度为3311.89cM,平均长度48.70cM;最长单片段的长度为237.98cM,位于第十染色体269.60-466.40cM处,最短单片段长度为1.15cM,位于第十染色体245.95-248.20cM之间。BC2F1世代获得不同的单片段代换系较多,为27个,总长度为1853.01cM,且片段的平均长度较大为68.63cM,最长片段的长度为237.98cM,位于第十染色体269.60-466.40cM处,最短片段长度为5cM,位于第十染色体0.00-10.OOcM之间。Bc3F1世代获得20个不同的单片段代换系,最长片段长度194.60cM,位于第十染色体392.50-525.11cM之间,而最短片段umc1824c的长度为1.15cM,在第十染色体245.95-248.20cM处,BC3F1世代中所有不同单片段的总长度为928.14cM,平均长度46.41cM。BC3F2或BC4F1世代共获得59个单片段代换系,其中有21个不同的单片段代换系,所有不同单片段的总长度530.74cM,平均长度25.27cM,最长单片段和最短单片段的长度分别为80.24cM和1.15cM,位于第十染色体392.50-469.70cM处和245.95-248.20cM。在三个单片段代换系群体中,BC2F1世代的多数单片段长度较长,覆盖了玉米的第十染色体;BC3F2或BC4F1世代的多数单片段长度较短,BC3F1世代单片段长度居中,而且在BC3F2或BC4F1世代和BC3F1世代中,部分分子标记丢失了单片段,但是这两个世代的单片段更适合用于QTL分析,因为它们单片段的长度较小。
3.在BC3F1世代获得的玉米第10染色体20个不同的单片段代换系中共检测到30个可能存在的显性表达关于玉米9个性状的QTL。其中叶片数、株高、茎粗、出雄期、吐丝期、散粉期、雄穗长、雄穗分支数、雌穗位的QTL数分别为4个、4个、6个、3个、4个、2个、3个、2个、2个,对应的各个QTL的效应值,最大为29.2200,最小为-4.2317。