玉米矮稈突變體dm676的遺傳分析及育種潛勢(shì)研究.pdf

1、縱觀近年來(lái)玉米育種的發(fā)展態(tài)勢(shì)，種質(zhì)資源匱乏制約著玉米育種的發(fā)展，種質(zhì)資源的相對(duì)單一性和遺傳脆弱性引起了國(guó)內(nèi)外育種家的高度關(guān)注，新種質(zhì)的挖掘和改良創(chuàng)新成為育種研究的必然趨勢(shì)。
　　2007年冬季，課題組在普通玉米自交系M676繁殖圃中發(fā)現(xiàn)了1株自然變異的矮稈突變株，通過(guò)自交保種，后代均表現(xiàn)為矮稈，無(wú)株高分離，矮稈突變性狀能穩(wěn)定遺傳，于是命名為“dm676”。本文通過(guò)表型鑒定、遺傳學(xué)分析、激素響應(yīng)、組織細(xì)胞學(xué)觀察、基因定位、等位性測(cè)定

2、及配合力分析等試驗(yàn)，對(duì)新發(fā)現(xiàn)矮稈突變體的生物學(xué)特征和遺傳學(xué)特性進(jìn)行了分析，并對(duì)其在育種上的利用價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià)。取得的研究結(jié)果如下:
　　1.dm676的生物學(xué)特征:dm676平均株高86.7cm，平均穗位高25.6cm，比M676平均株高矮96.7cm，穗位高矮50.2cm。莖稈節(jié)間長(zhǎng)度顯著或者極顯著縮短，穗位以下部分節(jié)間長(zhǎng)度比M676縮短49.3cm，穗位以上節(jié)間長(zhǎng)度比M676節(jié)間長(zhǎng)度縮短26.4cm，表現(xiàn)為節(jié)間較密，葉片間距小

3、，矮化特征明顯。相對(duì)于M676，dm676果穗的變化幅度較小，有一定的研究和應(yīng)用價(jià)值。
　　2.矮稈突變體dm676的遺傳分析。通過(guò)鑒定dm676與不同遺傳背景的玉米自交系18-599、渝1193、渝1193-9、渝8954及M676雜交的F1、F2、BC1群體株高，所有雜交F1株高均顯著高于dm676,正反交F1株高無(wú)明顯差異，表明矮化性狀受細(xì)胞核基因控制;經(jīng)卡方檢驗(yàn)，F(xiàn)2和BC1群體中高株與矮株的分離比率均符合3∶1和1∶1的

4、理論比率，說(shuō)明該矮化突變性狀受隱性單基因控制。
　　3.突變體dm676外源激素敏感性測(cè)試及莖稈組織細(xì)胞學(xué)觀察。在玉米播種后35d用GA3、IAA、BR三種激素噴施矮稈突變體，測(cè)量不同時(shí)期的株高，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明:外施三種激素均不能使突變體dm676株高恢復(fù)到野生型M676的株高水平。
　　分別取dm676和M676的穗位節(jié)間及穗位上下各1節(jié)間莖稈表皮組織進(jìn)行石蠟切片并對(duì)其細(xì)胞學(xué)觀察比較，結(jié)果顯示dm676的穗位節(jié)間縱

5、切細(xì)胞排列較為規(guī)則，長(zhǎng)度明顯短于M676;dm676的穗位下1節(jié)間縱切細(xì)胞排列較為紊亂，細(xì)胞長(zhǎng)度明顯短于M676的縱切細(xì)胞長(zhǎng)度，推測(cè)矮稈突變體植株矮化是由于穗位節(jié)間及穗位節(jié)下1節(jié)間細(xì)胞長(zhǎng)度縮短所致。
　　4.dm676分子標(biāo)記定位與等位性測(cè)定。將矮稈突變體dm676和玉米自交系18-599雜交F2群體作基因定位群體。F2群體大小包括3232個(gè)單株，其中高株2397株，矮株835株，高株和矮株分離比符合3∶1。提取雙親及所有矮稈植株

6、和部分高株的DNA。利用分布于玉米全基因組的1171對(duì)SSR引物在雙親間進(jìn)行引物多態(tài)性篩選，共篩選出261對(duì)多態(tài)性引物。將261對(duì)多態(tài)性引物對(duì)定位群體中的隱性單株DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增，根據(jù)聚丙烯酰胺凝膠電泳帶型分析，初步將控制矮化性狀的基因定位在第1染色體上。從第1染色體上的41對(duì)多態(tài)性引物中篩選出15對(duì)PCR擴(kuò)增效果好的引物進(jìn)行初步定位分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn):引物umc1035與目標(biāo)基因的遺傳距離最近。于是在標(biāo)記umc1035附近新合成10對(duì)

7、引物:umc2569、umc1335、umc1709、umc1335、umc1924、umc2396、umc2236、umc1925、umc2237、umc1486，將新合成引物在在雙親間進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn):引物umc2396、umc1335、umc2569、umc1486在雙親間有多態(tài)性。利用新找到的多態(tài)性引物對(duì)655個(gè)矮化植株進(jìn)行PCR擴(kuò)增和聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測(cè)。利用mapmaker3.0軟件對(duì)這些SSR標(biāo)記的結(jié)果進(jìn)行了分子

8、連鎖圖譜的構(gòu)建，將dm676基因初步定位在分子標(biāo)記umc2396與umc1486之間，遺傳距離為0.3cM和11.93cM。
　　為了進(jìn)一步縮小目標(biāo)基因的定位區(qū)間，在引物umc2396和umc1486附近又新合成8對(duì)引物:umc1586、umc1492、umc1356、umc2238、umc1374、umc1556、umc1044、umc1883，用新合成引物在雙親間進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)，引物umc2236、umc2238、umc135

9、6在雙親間有多態(tài)性。從670個(gè)矮株中隨機(jī)篩選了90個(gè)單株，用分子標(biāo)記umc1335、umc2236、umc2396、umc2238、umc1356、umc1486對(duì)其PCR擴(kuò)增，利用mapmaker3.0軟件對(duì)電泳結(jié)果進(jìn)行分析，最終將基因dm676定位到了第1染色體分子標(biāo)記umc2396和umc1356之間，兩個(gè)標(biāo)記之間物理距離為4.17 Mb。
　　生物信息學(xué)分析表明該定位區(qū)間內(nèi)含有矮稈基因br2，于是將突變體dm676和含有b

10、r2基因的玉米自交系NA360雜交進(jìn)行等位性分析，結(jié)果表明: F1的株高顯著高于雙親，說(shuō)明突變基因dm676與br2屬于非等位基因;F2群體株高符合正態(tài)分布，變幅38cm～152cm，F(xiàn)2群體中有一定數(shù)量植株株高表現(xiàn)出明顯的超親優(yōu)勢(shì)，因此推斷dm676與br2屬于非等位基因。
　　5.突變體dm676育種潛勢(shì)分析。以包含dm676和M676及其它自交系為親本，按照NCⅡ遺傳交配設(shè)計(jì)配制雜交組合。兩年配合力分析表明，矮稈突變體dm6

11、76小區(qū)產(chǎn)量性狀GCA均為極顯著正效應(yīng)值;百粒重GCA均為極顯著正效應(yīng)，株高、穗位高、穗行數(shù)三個(gè)性狀GCA效應(yīng)值為極顯著負(fù)效應(yīng)，禿尖長(zhǎng)、穗長(zhǎng)GCA性狀兩年剛好相反;dm676小區(qū)產(chǎn)量性狀GCA效應(yīng)值兩年均極顯著大于M676的GCA效應(yīng)值;與其它8個(gè)被測(cè)系小區(qū)產(chǎn)量GCA相比，僅比12HN145的GCA效應(yīng)值小。由此可見(jiàn)，與M676相比，突變體dm676不但具有增產(chǎn)的作用，而且還能有效降低所配制組合的株高和穗位高，具有較大的育種潛力可以挖掘