张姿丽，蒋锋，刘鹏飞，陈青春，张媛，王晓明

(仲恺农业工程学院作物研究所，广东广州 510225)

甜玉米雄穗一级分枝数QTL定位

张姿丽，蒋锋，刘鹏飞，陈青春，张媛，王晓明

(仲恺农业工程学院作物研究所，广东广州 510225)

【目的】为改良玉米雄穗性状.【方法】以雄穗一级分枝数有显著差异的超甜玉米自交系T4和T19为亲本，构建了包含232个单株的F2群体，考察雄穗一级分枝数，利用复合区间作图法进行QTL定位.【结果和结论】结果获得一张包含77个SSR标记的遗传连锁图谱，全长868.7 cM，标记平均间距为11.28 cM，共检测到4个与超甜玉米雄穗一级分枝数相关的QTL位点，分别位于玉米第4、7、8染色体上，可解释5.08%～17.71%的表型变异.主效QTL位点qTBN-4位于第8染色体，可解释17.71%的表型变异.这些QTLs将为雄穗一级分枝数的分子标记辅助选择提供依据.

甜玉米;雄穗一级分枝数;复合区间作图;QTL

本研究采用在雄穗分枝数存在显著差异的超甜玉米自交系T4和T19为亲本，组配F2群体，构建分子标记连锁图，对雄穗分枝数进行全基因组扫描，以期检出贡献率较大的主效QTL位点，为分子标记辅助选择提供依据，为进一步揭示雄穗分枝数的遗传机理提供帮助，为甜玉米背景下改良玉米雄穗性状育种提供有用信息.

1 材料与方法

1.1 材料

自交系T4和T19，由仲恺农业工程学院玉米研究室提供，基因型纯合.T4的平均雄穗一级分枝数为12.5、T19为22.8，两亲本雄穗一级分枝数差异极显著.

1.2 田间试验

2009年春，在仲恺农业工程学院钟村教学农场选取土壤肥力均匀一致的田块，以T4为母本(P1)、T19为父本(P2)进行杂交.2009年秋，种植F1，自交获得F2果穗.2010年春，种植该组合P1、P2、F1和F2代材料，行距0.8 m、株距0.3 m，周围设置保护行.同时于大喇叭口期采集该组合亲本P1、P2、F1和F2群体的幼嫩叶片，采用改良CTAB法提取其DNA［12］，稀释DNA浓度到25 ng·mL-1用于SSR标记检测.于散粉后20 d调查雄穗一级分枝数，P1、P2和F1各选取10株调查一级分枝数.

1.3 SSR标记分析及连锁图谱构建

根据国际玉米小麦改良中心网站(www.maizegdb.org)公布的玉米SSR引物序列，选取在染色体上分布均匀的250对SSR引物，检测T4和T19基因组之间的多态性，以F2为作图群体构建遗传连锁图谱.SSR引物由上海Sangon公司合成，参照Zhang等［13］的方法进行PCR扩增、产物电泳和银染.用Join-Map 3.0软件分析标记间的连锁关系，最低LOD值为2.5，最大遗传距离为50 cM，构建分子遗传图谱［14］，采用Kosambi函数，遗传图距单位为cM(centiMorgan).

1.4 QTL分析及命名

雄穗一级分枝数性状平均数、标准差等采用Microsoft Excel 2003进行统计分析.采用复合区间作图法，利用Windows QTL Cartographer V2.0进行QTL位点的检测并估计其效应值，通过1 000次排列来检测QTL位点的临界值，选用LOD值为2.5［15］.QTL命名方法参照McCouch等［16］的方法，雄穗分枝数QTL以TBN(Tassel branch number)表示，不同位点的QTL则加数字“1”、“2”、“3”等加以区别.

2 结果与分析

2.1 雄穗一级分枝数表型变异

对P1、P2、F1和F2群体的雄穗一级分枝数进行描述性统计分析，雄穗一级分枝数各统计量见表1.因P1、P2和F1只选取了10株进行表型鉴定，未统计其变异系数、峰度和偏度，F1代的雄穗一级分枝数均值为17.10，双亲均值为17.65，与双亲均值接近;F2群体的雄穗一级分枝数均值为18.00，略高于双亲均值，变幅为10～25，表现为超亲分离，其峰度值为-0.52，偏度值为-0.10，均小于1，表现为正态分布，符合QTL定位的基本要求，可以进行QTL检测.

表1 P1、P2、F1和F2群体雄穗一级分枝数的表型变异Tab.1 The phenotypic variation of tassel primary branch number in P1，P2，F1and F2population

2.2 SSR标记连锁图谱构建

250 对SSR引物经筛选，得到T4和T19之间有多态性的引物81对，均为共显性标记，用Joinmap3.0软件对232单株的F2群体的81个多态位点进行连锁分析，得到1张含77个位点全长868.7 cM的玉米SSR标记遗传连锁图谱，包含10个连锁群，标记顺序与IBM 2008 Neighbors的图谱相一致，定名为10条染色体，标记间的平均间距为11.28 cM(图1).

2.3 甜玉米雄穗一级分枝数QTL定位

232个F2群体的雄穗一级分枝数结合分子标记连锁图信息，应用复合区间作图的方法共检测到4个QTL，分别位于第4、7、8染色体上(图1，表2).其中，在第4染色体检测到1个QTL位点(qTBN-1)，可解释6.61%的表型变异，加性效应值为-1. 18;在第7染色体上检测到2个位点(qTBN-2和qTBN-3)，对表型的贡献率分别为5.08%和5.79%，加性效应值分别为-0.83和-0. 93;主效QTL位点，qTBN-4位于第8染色体，可解释17.71%的表型变异，加性效应值为-1.69.所检测到的4个QTL位点的加性效应值均为负值，说明雄穗一级分枝数少的亲本T4提供了4个雄穗一级分枝数少的有利等位基因.

图1 甜玉米F2群体SSR标记连锁遗传图谱及雄穗一级分枝数QTL分布Fig.1 SSR genetic linkage map and chromosome location of QTL clusters for tassel primary branch number in F2population of sweet corns

表2 甜玉米F2群体复合区间法检测到的雄穗一级分枝数QTLTab.2 All QTLs detected for TBN using the method of CIM in F2population of sweet corns

3 讨论与结论

玉米雄穗相关性状的研究［1-11，17-19］，以及玉米雄穗分枝数的遗传和QTL定位研究［4-6，8-9，11，19］已有报道.Geraldi等［2］的研究表明雄穗分枝数与产量呈负相关(r=-0.65)［2］.Schuetz等［17］与霍仕平等［18］运用经典数量遗传学方法研究了雄穗分枝数的遗传规律和遗传力，结果认为雄穗分枝数遗传效应以加性为主遗传力较高，狭义遗传力在46%～89%之间，在育种中可以进行早代选择，而小的雄穗有利于玉米将更多的能量转化为产量.本研究中考察了P1、P2、F1和F2群体的雄穗一级分枝数，F1和F2的均值与双亲均值差异均不大，说明雄穗一级分枝主要受基因间的加性效应影响，选择雄穗一级分枝数少的亲本有利于选育小雄穗杂交种，提高产量.

已有许多关于雄穗一级分枝数基因定位的报道.汤华等［5］定位了9个玉米雄穗分枝数QTL，可解释表型变异的5.13%～12.01%，其中6个QTL来自父本的等位基因有增效作用.Upadyayula等［19］2006年利用BC1S1群体对玉米的雄穗长、雄穗质量和雄穗分枝角度等13个雄穗相关性状进行QTL定位研究，在7.02 bin位置检测到6个QTL位点与雄穗性状有关.本研究中利用2个雄穗一级分枝数有显著差异的超甜玉米自交系为亲本构建F2群体，共检测到4个雄穗分枝数QTLs，分别位于第4、7、8染色体上.其中，主效QTLqTBN-4定位于第8条染色体，表型贡献率为17.71%.王迪等［9］的研究也发现，第8染色体存在着环境稳定的雄穗分枝数相关QTL，与本研究中的位置一致，说明第8条染色体存在控制雄穗一级分枝数的重要基因.qTBN-3位于第7染色体，与张志明等［8］定位的雄穗分枝数QTL存在一个共同连锁标记bnlg1553，而王迪［9］在7.02 bin也检测到控制雄穗一级分枝数的QTL位点.因此，7.02 bin也存在影响雄穗一级分枝数的重要基因.本研究也在第4和第7染色体发现了前人未检测到的2个微效QTL位点qTBN-1和qTBN-3，其功能有待于进一步验证.玉米雄穗一级分枝数是育种者选育品种时的重要性状，少的雄穗一级分枝数意味着更高的产量，本研究在甜玉米背景下检测到1个影响雄穗一级分枝数的主效QTL位点和1个前人有报道的QTL位点，为进一步进行玉米雄穗一级分枝数QTL的精细定位和甜玉米小雄穗分子标记辅助选择育种提供了基础和依据.

［1］LAMBERT R J，JOHNSON R R.Leaf angle，tassel morphology，and the performance of maize hybrids［J］.Crop Sci，1978，18：499-502.

［2］GERALDI K S，MIRANDA FILHO J B，VENCOVSKY R.Estimates of genetic parameters of tassel characters in maize(Zea maysL.)and breeding perspectives［J］.Maydica，1985，30：1-14.

［3］BROWN P J，UPADYAYULA N，MAHONE G S，et al.Distinct genetic architectures for male and female inflorescence traits of maize［J］.PloS Genet，2011，7：1-14.

［4］MICKELSON S M，STUBER C S，SENIOR L，et al.Quantitative trait loci controlling leaf and tassel traits in a B73×Mo17 population of maize［J］.Crop Sci，2002，42：1902-1909.

［5］汤华，严建兵，李建生，等.玉米5个农艺性状的QTL定位［J］.遗传学报，2005，32(2)：203-209.

［6］高世斌，赵茂俊，兰海，等.玉米雄穗分枝数与主轴长的QTL鉴定［J］.遗传，2007，29(8)：1013-1017.

［7］丰光，李妍妍，景希强，等.玉米雄穗分枝性状的数量遗传分析［J］.沈阳农业大学学报，2011，42(1)：94-97.

［8］张志明，赵茂俊，荣廷昭，等.玉米SSR连锁图谱构建与株高及雄穗分枝数QTL定位［J］.作物学报，2007，33(2)：75-79.

［9］王迪，李永祥，王阳，等.控制玉米雄穗分枝数目和雄穗重的主效QTL的定位［J］.植物学报，2011，46 (1)：11-20.

［10］白琪林，陈绍江，苏书文，等.玉米雄穗性状的配合力及遗传参数研究［J］.华北农学报，2004，19(1)：13-16.

［11］杨晓军，路明，张世煌，等.玉米株高和雄穗分枝数的QTL定位［J］.遗传，2008，30(11)：45-49.

［12］PATERSON A H，BRUBAKER C L，WENDEL J F.A rapid method for extraction of cotton(Gossypiumspp.)genomic DNA suitable for RFLP or PCR analysis［J］.Plant Mol Biol Rep，1993，11：122-127.

［13］ZHANG J，GUO W，ZHANG T.Molecular linkage map of allotetraploid cotton(Gossypium hirsutumL.×Gossypium barbadenseL.)with a haploid population［J］.Theor Appl Genet，2002，105(8)：1166-1174.

［14］VAN O J，VOORRIPS R E.JoinMap Version 3.0，software for the calculation of genetic linkage maps［R］.Wangeningen，the Netherlands：Plant Research International，2001.

［15］BASTEN C J，WEIR B S，ZENG Z B.QTL Cartograp Her Version 2.0［R］.Raleigh，NC：North Carolina State U-niversity，2001.

［16］McCOUCH S R，CHO Y G，YANO P E，et al.Report on QTL nomenclature［J］.Rice Genet Newslett，1997(14)：11-13.

［17］SCHUETZ S H，MOCK J J.Genetics of tassel branch number in maize and its implications for a selection program for small tassel size［J］.Theor Appl Genet，1978，53(6)：265-271.

［18］霍仕平.玉米雄穗的遗传和相关性研究［J］.作物学报，1993，19(6)：24-27.

［19］UPADYAYULA N，DA SILVA H S，BOHN M O，et al.Genetic and QTL analysis of maize tassel and ear inflorescence architecture［J］.Theor Appl Genet，2006，112 (4)：592-606.

【责任编辑周志红】

QTL mapping for tassel primary branch number in sweet corn

ZHANG Zili，JIANG Feng，LIU Pengfei，CHEN Qingchun，ZHANG Yuan，WANG Xiaoming
(Crop Research Institute，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，China)

【Objective】To improve the tassel of maize.【Method】In this study，a cross between sweet corns inbred T4 and T19，which were significantly different in tassel primary branch number，was designed and QTLs for tassel primary branch number were identified in a whole genome with the methods of multiple interval mapping(CIM)based on 232 F2individuals.【Result and conclusion】A genetic linkage map composing of 77 simple sequence repeat(SSR)markers covering 868.7 cM with an average interval of 11.28 cM was constructed.Four QTLs for tassel primary branch number in chromosome 4，7，8 were detected，accounting for 5.08%-17.71%of phenotypic variance.The main QTLs were located on chromosome 8 which accounted for 17.71%of the total phenotypic variance.These QTLs provide the basis of marker-assisted selection for tassel primary branch number.

sweet corn;tassel primary branch number;multiple interval mapping;QTL

S513

A

1001-411X(2014)01-0110-04

张姿丽，蒋锋，刘鹏飞，等.甜玉米雄穗一级分枝数QTL定位［J］.华南农业大学学报，2014，35(1)：110-113.

玉米是异花授粉作物，雄穗是玉米生殖生长过程中至关重要的器官，是与产量形成有关的重要农艺性状之一［1］.雄穗和雌穗均为生殖器官，共同竞争光合产物，较大的雄穗将生产大量花粉，浪费更多的能量，前人研究证明玉米雄穗大小与籽粒产量之间存在显著负相关［2］，而雄穗分枝数是雄穗大小的主要决定因素.因此，剖析玉米雄穗分枝性状的遗传结构、杂种优势等对保持父本的优良雄穗性状、指导玉米育种、促进玉米生产具有重要的指导意义.

玉米雄穗性状属数量性状，大量研究表明其为多基因控制［3］.随着玉米分子标记技术的发展，QTL定位方法大量应用于数量性状的研究，借助QTL作图，确定玉米雄穗分枝数的主要控制基因位点及这些基因之间的互作关系，能够对玉米的育种改良提供实践指导和理论依据.Mickelson等［4］利用B73× Mo17群体对玉米雄穗分枝数和雄穗角度进行了基因定位研究，共检测到6个与雄穗分枝数相关的QTL，其中位于第2染色体umc53a附近的主效QTL位点，贡献率达19.2%.汤华等［5］利用豫玉22的F2：3家系对玉米雄穗分枝数进行QTL定位，检测到9个相关QTL位点.高世斌等［6］利用玉米组合(N87-1 ×9526)的F2：3家系，在干旱和正常2种环境条件下共同检测到位于第5、7号染色体上控制雄穗分枝数目的多个QTL位点.迄今为止，在不同遗传背景、环境条件下检测和定位到大量雄穗分枝数相关QTL［7-11］，研究结果不完全一致，QTL的稳定性也很少得到鉴定.有必要进一步发掘和鉴定玉米雄穗分枝数相关QTL，研究其分布和遗传效应以及稳定性.

2013-02-21优先出版时间：2013-11-07

优先出版网址：http:∥www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.S.20131107.1459.001.html

张姿丽(1979—)，女，讲师，博士，E-mail:lily0501@gmail.com;通信作者:王晓明(1956—)，男，教授，硕士，E-mail:wxm1724@126.com

公益性行业(农业)科研项目(201303008);广东省科技计划项目(2012B020301006)