新疆农业科学 ›› 2023, Vol. 60 ›› Issue (7): 1606-1613.DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2023.07.006
• 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学·土壤肥料 • 上一篇 下一篇
陈占辉1(), 孙强1, 任姣姣1(), 黄博文1, 许加波1, 杨杰2, 吴鹏昊1()
收稿日期:
2022-10-30
出版日期:
2023-07-20
发布日期:
2023-07-11
通信作者:
吴鹏昊(1984-),男,新疆呼图壁人,教授,博士,博士生导师,研究方向为玉米遗传育种,(E-mail)craie788@126.com;作者简介:
陈占辉(1998-),男,青海海东人,硕士研究生,研究方向为玉米遗传育种,(E-mail)1291607673@qq.com
基金资助:
CHEN Zhanhui1(), SUN Qiang1, REN Jiaojiao1(), HUANG Bowen1, XU Jiabo1, YANG Jie2, WU Penghao1()
Received:
2022-10-30
Online:
2023-07-20
Published:
2023-07-11
Correspondence author:
WU Penghao(1984-),male,Hutubi, Xinjiang,professor,doctoral supervisor,mainly engaged in maize genetics and breeding,(E-mail)craie788@126.com;Supported by:
摘要:
【目的】分析控制玉米叶宽的关键QTL位点,为选育具有理想株型的玉米奠定基础。【方法】以玉米自交系B73和郑58为亲本构建F2∶3家系,采用液相48k探针捕获技术检测基因型,对多环境下玉米叶宽表型进行QTL定位和全基因组选择。【结果】叶宽在基因型、环境、基因型与环境的互作变异项都具有显著差异,遗传力为0.39。共检测到12个穗位叶宽相关QTL位点,分别位于第1、3、4、5、8和10号染色体,表型贡献率为3.75%~16.17%。位于bin 1.06和bin 5.01的2个QTL在多环境下被检测到,具有环境稳定性,其中位于bin 5.01的QTL为主效位点,可用于精细定位研究。当SNP标记个数为300、训练群体占总群体50%时即可得到较好的预测精度。【结论】玉米叶宽是由主效多基因控制的,全基因组选择可以加速玉米叶宽性状的选育效率。
中图分类号:
陈占辉, 孙强, 任姣姣, 黄博文, 许加波, 杨杰, 吴鹏昊. 玉米叶宽的QTL定位及全基因组选择分析[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(7): 1606-1613.
CHEN Zhanhui, SUN Qiang, REN Jiaojiao, HUANG Bowen, XU Jiabo, YANG Jie, WU Penghao. QTL mapping and genomic selection of maize leaf width[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2023, 60(7): 1606-1613.
亲本Parents | 环境 Environ- ment | 均值 Mean | 最小值 Max. | 最大值 Min. | 标准差 S.D. | 变幅 A.O.F | 变异 系数 CV. | 峰度 Kurtosis | 偏度 Skewness | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
郑58 | B73 | |||||||||
8.02 | 9.04 | 海南 | 8.68 | 8.55 | 8.82 | 0.06 | 0.27 | 0.01 | 0.21 | -0.44 |
九圣禾 | 8.04 | 7.23 | 8.99 | 0.31 | 1.76 | 0.04 | 0.09 | -0.22 | ||
三坪 | 7.24 | 6.96 | 7.63 | 0.13 | 0.67 | 0.02 | 0.07 | -0.02 | ||
联合 | 8.00 | 7.78 | 8.19 | 0.07 | 0.41 | 0.01 | -0.17 | -0.11 |
表1 亲本和F2∶3家系叶宽的描述性统计
Tab.1 Descriptive statistics for the leaf width of the two parent lines and F2∶3 families(cm)
亲本Parents | 环境 Environ- ment | 均值 Mean | 最小值 Max. | 最大值 Min. | 标准差 S.D. | 变幅 A.O.F | 变异 系数 CV. | 峰度 Kurtosis | 偏度 Skewness | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
郑58 | B73 | |||||||||
8.02 | 9.04 | 海南 | 8.68 | 8.55 | 8.82 | 0.06 | 0.27 | 0.01 | 0.21 | -0.44 |
九圣禾 | 8.04 | 7.23 | 8.99 | 0.31 | 1.76 | 0.04 | 0.09 | -0.22 | ||
三坪 | 7.24 | 6.96 | 7.63 | 0.13 | 0.67 | 0.02 | 0.07 | -0.02 | ||
联合 | 8.00 | 7.78 | 8.19 | 0.07 | 0.41 | 0.01 | -0.17 | -0.11 |
变异来源 Source | 自由度 Degree of freedom | 平方和 Sum of square | 均方 Mean of square | F | P | 遗传力 H2 |
---|---|---|---|---|---|---|
环境Environment | 2 | 420.49 | 210.24 | 726.28 | <0.01** | 0.39 |
基因型Genotype | 199 | 109.78 | 0.55 | 1.91 | <0.01** | |
基因型环境互作GXE | 398 | 166.11 | 0.42 | 1.44 | <0.01** | |
误差Error | 597 | 172.82 | 0.29 | |||
总变异Variation | 1 196 | 869.20 |
表2 F2∶3家系叶宽方差和广义遗传力
Tab.2 ANOVA and broad-sense heritability analysis for the leaf width in F2∶3 families
变异来源 Source | 自由度 Degree of freedom | 平方和 Sum of square | 均方 Mean of square | F | P | 遗传力 H2 |
---|---|---|---|---|---|---|
环境Environment | 2 | 420.49 | 210.24 | 726.28 | <0.01** | 0.39 |
基因型Genotype | 199 | 109.78 | 0.55 | 1.91 | <0.01** | |
基因型环境互作GXE | 398 | 166.11 | 0.42 | 1.44 | <0.01** | |
误差Error | 597 | 172.82 | 0.29 | |||
总变异Variation | 1 196 | 869.20 |
QTL | 环境 Environ ment | 染色体 /Bin Chromo- some /Bin | 遗传位置 Genetic position (cM) | 物理距离 /Mba Physical position /Mba | 左翼标记 Left marker | 右翼标记 Right marker | LOD值 | 表型 贡献率 PVE (%) | 加性 效应 Add | 显性 效应 Dom | 基因 效应b Gene action |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
qew1-1 | 海南 | 1/1.06 | 74 | 196.18~197.14 | RM1_149 | RM1_150 | 2.73 | 5.04 | 0.1 | -0.06 | PD |
qew3-1 | 海南 | 3/3.07 | 52 | 198.91~198.92 | RM3_117 | RM3_118 | 2.93 | 5.51 | -0.1 | -0.01 | A |
qew5-1 | 海南 | 5/5.01 | 17 | 8.86~8.90 | RM5_27 | RM5_26 | 8.06 | 16.17 | 0.2 | 0.01 | A |
qew8-1 | 海南 | 8/8.02 | 13 | 13.54~13.64 | RM8_22 | RM8_23 | 2.52 | 4.41 | 0.06 | 0.09 | OD |
qew1-2 | 三坪 | 1/1.07 | 84 | 212.21~212.36 | RM1_173 | RM1_174 | 2.57 | 5.88 | 0.05 | -0.01 | A |
qew4-1 | 三坪 | 4/4.08 | 60 | 188.92~189.03 | RM4_135 | RM4_136 | 4.66 | 10.63 | 0.05 | 0.05 | D |
qew8-2 | 九圣禾 | 8/8.05 | 31 | 138.67~138.78 | RM8_63 | RM8_64 | 2.65 | 6.28 | 0.01 | 0.02 | OD |
qew1-3 | 联合 | 1/1.06 | 74 | 196.18~197.14 | RM1_149 | RM1_150 | 4.02 | 5.47 | 0.05 | -0.01 | A |
qew3-2 | 联合 | 3/3.04 | 28 | 36.82~50.97 | RM3_50 | RM3_51 | 3.93 | 5.21 | -0.05 | -0.01 | A |
qew4-2 | 联合 | 4/4.09 | 69 | 223.31~224.37 | RM4_155 | RM4_156 | 6.03 | 8.19 | 0.06 | 0.02 | PD |
qew5-2 | 联合 | 5/5.01 | 17 | 8.86~8.90 | RM5_27 | RM5_26 | 9.08 | 13.18 | 0.08 | 0.01 | A |
qew10-1 | 联合 | 10/10.07 | 56 | 146.71~146.77 | RM10_102 | RM10_103 | 2.78 | 3.75 | 0.04 | 0.0001 | A |
表3 F2∶3 家系玉米叶宽的QTL定位结果
Tab.3 QTL mapping of leaf width in F2∶3 families
QTL | 环境 Environ ment | 染色体 /Bin Chromo- some /Bin | 遗传位置 Genetic position (cM) | 物理距离 /Mba Physical position /Mba | 左翼标记 Left marker | 右翼标记 Right marker | LOD值 | 表型 贡献率 PVE (%) | 加性 效应 Add | 显性 效应 Dom | 基因 效应b Gene action |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
qew1-1 | 海南 | 1/1.06 | 74 | 196.18~197.14 | RM1_149 | RM1_150 | 2.73 | 5.04 | 0.1 | -0.06 | PD |
qew3-1 | 海南 | 3/3.07 | 52 | 198.91~198.92 | RM3_117 | RM3_118 | 2.93 | 5.51 | -0.1 | -0.01 | A |
qew5-1 | 海南 | 5/5.01 | 17 | 8.86~8.90 | RM5_27 | RM5_26 | 8.06 | 16.17 | 0.2 | 0.01 | A |
qew8-1 | 海南 | 8/8.02 | 13 | 13.54~13.64 | RM8_22 | RM8_23 | 2.52 | 4.41 | 0.06 | 0.09 | OD |
qew1-2 | 三坪 | 1/1.07 | 84 | 212.21~212.36 | RM1_173 | RM1_174 | 2.57 | 5.88 | 0.05 | -0.01 | A |
qew4-1 | 三坪 | 4/4.08 | 60 | 188.92~189.03 | RM4_135 | RM4_136 | 4.66 | 10.63 | 0.05 | 0.05 | D |
qew8-2 | 九圣禾 | 8/8.05 | 31 | 138.67~138.78 | RM8_63 | RM8_64 | 2.65 | 6.28 | 0.01 | 0.02 | OD |
qew1-3 | 联合 | 1/1.06 | 74 | 196.18~197.14 | RM1_149 | RM1_150 | 4.02 | 5.47 | 0.05 | -0.01 | A |
qew3-2 | 联合 | 3/3.04 | 28 | 36.82~50.97 | RM3_50 | RM3_51 | 3.93 | 5.21 | -0.05 | -0.01 | A |
qew4-2 | 联合 | 4/4.09 | 69 | 223.31~224.37 | RM4_155 | RM4_156 | 6.03 | 8.19 | 0.06 | 0.02 | PD |
qew5-2 | 联合 | 5/5.01 | 17 | 8.86~8.90 | RM5_27 | RM5_26 | 9.08 | 13.18 | 0.08 | 0.01 | A |
qew10-1 | 联合 | 10/10.07 | 56 | 146.71~146.77 | RM10_102 | RM10_103 | 2.78 | 3.75 | 0.04 | 0.0001 | A |
[1] | 柏延文. 种植密度对不同株型玉米生理特性及产量的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2020. |
BAI Yanwen. Effect of planting density on physiological characteristics and yield of maize with different plant types[D]. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2020. | |
[2] | 赵小强. 玉米株型相关耐旱遗传机理研究[D]. 兰州: 甘肃农业大学, 2018. |
ZHAO Xiaoqiang. Research on genetic mechanism of drought tolerance associatedwith maize plant type[D]. Lanzhou: Gansu Agricultural University, 2018. | |
[3] |
KU L X, Zhang J, Guo S L, et al. Integrated multiple population analysis of leaf architecture traits in maize (Zea mays L.)[J]. Journal of experimental botany, 2012, 63(1):261-274.
DOI URL |
[4] | 唐登国. 玉米叶宽和叶长性状的QTL定位与分析[D]. 成都: 四川农业大学, 2013. |
TANG Dengguo. QTL localization and analysis of leaf width and leaf length traits in maize[D]. Chengdu: Sichuan Agricultural University, 2013. | |
[5] | 张莹莹, 杨青, 代资举, 等. 玉米穗三叶叶宽QTL定位及Meta分析[J]. 河南农业科学, 2019, 48(12):15-22. |
ZHANG Yingying, YANG Qing, DAI Ziju, et al. QTL localization and Meta-analysis[J]. Henan Agricultural Science, 2019, 48(12):15-22. | |
[6] | 张旷野. 玉米叶宽相关基因ZmLW1的精细定位和候选基因发掘[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2020. |
ZHANG Kuangye. Fine localization and candidate gene discovery of ZmLW1, a leaf width-related gene in maize[D]. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2020. | |
[7] | 王会涛, 柳华峰, 郑耀刚, 等. 玉米叶型相关性状QTL定位及上位性效应分析[J]. 分子植物育种, 2018, 16(15):4955-4963. |
WANG Huitao, LIU Huafeng, ZHENG Yaogang, et al. QTL localization and epistatic effects analysis of Leaf-type-related traits in maize[J]. Molecular Plant Breeding, 2018, 16(15):4955-4963. | |
[8] | 尹立林, 马云龙, 项韬, 等. 全基因组选择模型研究进展及展望[J]. 畜牧兽医学报, 2019, 50(2):233-242. |
YIN Lilin, MA Yunlong, XIANG Tao, et al. Progress and outlook of genome-wide selection model[J]. Journal of Livestock and Veterinary Medicine, 2019, 50 (2):233-242. | |
[9] | Bernardo R. Molecular Markers and Selection for Complex Traits in Plants:Learning from the Last 20 Years[J]. Crop Science, 2015, 48(5). |
[10] |
Zhao Y, Mette M F, Reif J C, et al. Genomic selection in hybrid breeding[J]. Plant Breeding, 2015, 134(1):1-10.
DOI URL |
[11] | 钟源, 赵小强, 李文丽. 不同水分环境下玉米叶形相关性状与SSR标记的关联分析[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2020, 28(11):1726-1738 |
ZHONG Yuan, ZHAO Xiaoqiang, LI Wenli. Association analysis of maize leaf shape-related traits and SSR markers in different moisture environments[J]. Chinese Journal of Ecological Agriculture, 2020, 28(11):1726-1738. | |
[12] | 赵小强, 姬祥卓, 彭云玲. 花期玉米(Zea mays)穗三叶叶形结构的遗传效应及配合力分析[J]. 分子植物育种, 2020, 18(9):3024-3031. |
ZHAO Xiaoqiang, JI Xiangzhuo, PENG Yunling. Genetic effect and coordination force analysis of the leaf shape structure of flowering maize (Zea mays)[J]. Molecular Plant Breeding, 2020, 18(9):3024-3031. | |
[13] | Wang J K, H H, et al. Version 4.1 of QTL Ici Mapping:Integrated software for genetic linkage map construction and QTL mapping in bi-parental populations[C] Beijing: The Seventh International Crop Science Conference, 2016. |
[14] | 李宗泽. 玉米单倍体被诱导率及其相关穗部性状的遗传分析[D]. 乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2021. |
LI Zongze. Genetic analysis of maize haploid induction rate and its associated panicle traits[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2021. | |
[15] | 孙强. 玉米关键植株性状QTL定位和全基因组选择[D]. 乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2021. |
SUN Qiang. QTL localization and genome-wide selection of key plant traits in maize[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2021. | |
[16] |
MD Edwards, Stuber C W, Wendel J F. Molecular-marker-facilitated investigations of quantitative-trait loci in maize.I.Numbers, genomic distribution and types of gene action[J]. Genetics, 1987, 116(1):113-125.
DOI PMID |
[17] | 赵文明. 玉米株型相关性状QTL定位与分析[D]. 郑州: 河南农业大学, 2008. |
ZHAO Wenming. Localization and analysis of QTL for maize plant type-related traits[D]. Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2008. | |
[18] |
Wei X, Wang X, Guo S, et al. Epistatic and QTL×environment interaction effects on leaf area-associated traits in maize[J]. Plant Breeding, 2016, 135(6):671-676.
DOI URL |
[19] | 郑祖平, 黄玉碧, 田孟良, 等. 不同供氮水平下玉米株型相关性状的QTLs定位和上位性效应分析[J]. 玉米科学, 2007(2):14-18. |
ZHENG Zuping, HUANG Yubi, TIAN Mengliang, et al. Localization of QTLs and epistatic effect analysis of type-related traits in maize at different nitrogen supply levels[J]. Maize Science, 2007 (2):14-18. | |
[20] | Cao S, Loladze A, Yuan Y, et al. Genome-Wide Analysis of Tar Spot Complex Resistance in Maize Using Genotyping-by-Sequencing SNPs and Whole-Genome Prediction[J]. Plant Genome, 2017, 10(2). |
[21] | Zhang X, Ren J, Li Z, et al. Genetic Dissection of Resistance to Common Rust (Puccinia Sorghi) in Tropical Maize (Zea mays L.) by Combined Genetic Mapping and Genomic Prediction[J]. Frontiers in Plant Science, 2021,(12):1664-1675. |
[1] | 王挺, 张力, 张凡凡, 黄嵘峥, 李肖, 张玉琳, 陈永成, 赵建涛, 马春晖. 适合青贮的玉米品种生产性能筛选及营养价值评价[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(7): 1596-1605. |
[2] | 蓝陈仪航, 姚禹博, 周俊祥, 付开赟, 丁新华, 尹晓辉, 刘文, 王娜, 郭文超, 邓建宇. 亚洲玉米螟性信息素鉴定及其应用研究进展[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(7): 1614-1622. |
[3] | 邵盘霞, 赵准, 邵武奎, 郝晓燕, 高升旗, 李建平, 胡文冉, 黄全生. 玉米ZmCDPK22基因在干旱胁迫下的表达分析[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(6): 1372-1378. |
[4] | 陆晏天, 桑志勤, 徐灿, 张力, 夏春兰, 王友德, 李伟, 陈树宾. 历年新疆和宁夏审定玉米品种主要性状的演化及品种审定现状分析[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(6): 1379-1388. |
[5] | 杨明花, 刘强, 廖必勇, 彭云承, 布阿依夏木·那曼提, 达吾来·杰克山. 不完全双列杂交玉米组合抗倒伏综合评价[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(4): 832-840. |
[6] | 周广威, 韩登旭, 朱琦, 张少民. 耐低磷新疆春玉米基因型筛选及其磷效率[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(4): 847-856. |
[7] | 陈果, 郝晓燕, 高升旗, 胡文冉, 赵准, 黄全生. 玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达分析[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(4): 857-864. |
[8] | 董秀丽, 韩登旭, 杨杰, 阿布来提·阿布拉, 戴爱梅, 李俊杰, 王业建, 刘俊, 郗浩江, 梁晓玲, 李铭东. 密植条件下玉米主要农艺性状的综合性分析[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(4): 865-871. |
[9] | 侯良忠, 郭同军, 张俊瑜, 苏玲玲, 古再丽努尔·艾麦提, 温小燕, 朱晓芳, 杨建中, 王文奇. 不同比例籽用西葫芦皮瓤与玉米秸秆混贮效果评价[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(3): 567-573. |
[10] | 段燕燕, 胡静, 祁炳琴, 潘志远, 吴昊楠, 勾玲. 正反交对玉米杂交种茎秆抗倒伏性能及种植密度的响应[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(12): 2949-2961. |
[11] | 张伟, 靳范, 李谦绪, 张俊三, 翟修萍, 王善博. 玉米籽粒联合收获机清选装置优化设计与试验[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(12): 3102-3112. |
[12] | 唐怀君, 谢小清, 张磊, 孙宝成, 杨杰, 刘成. 283份玉米田间抗旱性鉴定与筛选[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(11): 2687-2693. |
[13] | 谢小清, 唐怀君, 张磊, 孙宝成, 刘成. 玉米果穗性状及其抗旱性随灌水量的变化规律[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(10): 2412-2418. |
[14] | 魏勇, 高雨, 杨敏, 许子豪, 任万平. 饲喂蒸汽压片玉米对新疆褐牛产肉性能及肝脏营养物质代谢的影响[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(10): 2583-2589. |
[15] | 王挺, 张凡凡, 黄华, 杨光维, 陈卫国, 张力, 马春晖. 基于模糊相似优先比法评价规模化牧场全株玉米青贮饲料品质[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(1): 215-225. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||