玉米粗縮病相關性狀的遺傳學分析和QTL定位.pdf

1、玉米(Zea mavs L.)是世界范圍內(nèi)重要的糧食和飼料作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。玉米粗縮病是世界范圍內(nèi)嚴重危害玉米生產(chǎn)的一種病毒病。經(jīng)過我國科研工作者的長期研究，確定了我國玉米粗縮病的病原是水稻黑條矮縮病毒(RBSDV)。RBSDV主要通過傳播介體灰飛虱(Laodelphax sreiatellus Fallen.)進行傳播，當玉米生育期和灰飛虱遷飛的高峰期重合時，引起玉米粗縮病的爆發(fā)和流行。由于我國生產(chǎn)上所用的骨干自交

2、系和雜交種的粗縮病抗性差，近年來玉米粗縮病導致玉米大面積減產(chǎn)，嚴重制約了我國玉米產(chǎn)量的提高。培育抗粗縮病玉米品種已成為我國玉米育種高度關注的課題和難題。玉米粗縮病抗病性鑒定試驗結(jié)果表明，玉米對粗縮病的抗性呈現(xiàn)數(shù)量性狀的特征，是受到多基因控制的。經(jīng)過多年努力，我國玉米育種工作者已培育出一批抗玉米粗縮病的自交系，如90110、齊319、X178等。為了控制該病害的發(fā)生和流行、減少生產(chǎn)損失，開發(fā)并利用抗病玉米品種本身的抗病QTL進行遺傳改良是

3、減輕玉米粗縮病危害的關鍵。
　　 近年來，國內(nèi)外對玉米粗縮病研究逐步深入，但并沒有取得突破性的進展，主要原因在于玉米粗縮病發(fā)病的方式較為復雜，涉及到病毒、傳播介體灰飛虱和玉米植株這三方面的相互關系，導致玉米植株抗病性鑒定難度大，鑒定的準確性較差和抗病性QTL定位困難。因此，建立科學合理的粗縮病抗性鑒定方法和準確鑒定分離群體中不同基因型的粗縮病抗性是準確定位和克隆粗縮病抗病QTL的前提。本工作開展了玉米粗縮病抗性鑒定方法的改進和粗

4、縮病抗病QTL定位研究。
　　 1.建立田間自然發(fā)病結(jié)合人工接毒的聯(lián)合鑒定方法
　　 本研究利用灰飛虱作為傳毒介體，以山東濟南地區(qū)自然發(fā)病的玉米粗縮病植株葉片飼喂灰飛虱。而后從飼喂灰飛虱的飼養(yǎng)桶中隨機挑選5頭灰飛虱成蟲作為檢測的樣本，利用我國玉米粗縮病病原水稻黑條矮縮病毒(RBSDV)基因組的特異性引物檢測灰飛虱帶毒情況。在來自14個灰飛虱飼養(yǎng)桶的樣本中檢測出有11個樣本中的灰飛虱攜帶RBSDV。2010年5月在網(wǎng)棚中利

5、用塑料萌種盤萌發(fā)玉米實驗材料，待植株處于一葉一心期時，將攜帶RBSDV的灰飛虱按照500頭/m2的密度放入網(wǎng)棚中，連續(xù)傳毒5天。5天后利用虱蚜凈將剩余灰飛虱全部殺滅。待植株長至三葉期時，將它們移栽到濟南地區(qū)呂家村試驗田中生長，由于此時適逢田間灰飛虱的遷飛高峰期，而玉米植株又處在對灰飛虱侵染敏感階段，因而在田間又經(jīng)歷一次田間自然感染。通過兩種接毒方法的聯(lián)合使用，提高了試驗材料的粗縮病發(fā)病率，提高了鑒定結(jié)果的可靠性和重復性。該方法可以在較短

6、時期內(nèi)檢測大量的玉米植株，為鑒定大量分離群體材料的粗縮病抗性和相關的QTL定位奠定了基礎。
　　 2.玉米粗縮病的遺傳分析
　　 本研究利用課題組創(chuàng)制的“掖478×90110”的RILs的F7:9群體為實驗材料，從2008年到2010年，在山東省濟南和萊州兩個試驗點連續(xù)種植RIL群體和掖478、90110以及其F1植株，通過田間自然發(fā)病的方法和聯(lián)合接毒鑒定的方法進行粗縮病的抗病性評判。在實驗材料開花期對玉米粗縮病相關性狀

7、，包括上部節(jié)間性狀、葉片背面蠟質(zhì)性狀、雄穗發(fā)育情況以及粗縮病發(fā)病指數(shù)等進行觀測和統(tǒng)計。按照植株粗縮病的病級和各個性狀的等級整理數(shù)據(jù)，然后對三年兩地的實驗數(shù)據(jù)進行遺傳分析，結(jié)果表明玉米粗縮病在“掖478×90110”的后代中，抗病特性主要由基因型決定，受到環(huán)境效應、基因型與環(huán)境互作效應的影響較小。粗縮病抗性的廣義遺傳力范圍為0.71～0.94。即在該RILs群體中粗縮病的抗性主要是由遺傳因素決定的。分析粗縮病相關性狀參數(shù)的分布可得出，玉米

8、植株的粗縮病抗性決定于來自90110的主效QTL。
　　 3.玉米粗縮病抗病QTL定位
　　 利用覆蓋整個玉米基因組的512對SSR引物在RILs群體中檢測標記多態(tài)性，選多態(tài)性良好且擴增條帶清晰的SSR引物用于QTL的定位檢測，共計檢測到5個控制粗縮病抗性及相關性狀的加性QTL，分別位于玉米基因組的2號、6號、7號、8號以及10號染色體上，分別命名為qMRD2、qMRD6、qMRD7、qMRD8以及qMRD10。其中QT

9、L qMRD8幾乎在所有的粗縮病相關性狀中被檢測到，而且qMRD8單獨能夠解釋粗縮病表型變異的12～28.9％，是一個主效QTL。QTLqMRD2、qMRD6和qMRD7在整個QTL的定位實驗中至少被檢測到3次，也是重復性良好的粗縮病抗性相關QTL。QTL qMRD10僅僅在上部節(jié)間性狀中被檢測到了一次，且效應值較小，該QTL需要后續(xù)的工作繼續(xù)進行驗證。檢測到的全部QTL總共可以解釋粗縮病表型變異值的41.43～50.84％。本實驗中q

10、MRD6、qMRD7和qMRD83個QTL與之前本實驗室王飛等利用SSR-BSA法檢測到的粗縮病抗性位點相重合，這提示在這些QTL區(qū)及其鄰近位置上存在著玉米粗縮病抗性基因。本研究檢測到的主效QTL可以通過MAS的方法導入抗病性較弱的骨干自交系中，用于加快玉米粗縮病抗病性育種的進程。
　　 本工作的意義有：1.首次利用田間自然發(fā)病結(jié)合人工接毒的聯(lián)合檢測方法進行了玉米粗縮病抗性鑒定。該方法可有效提高玉米粗縮病抗性鑒定的準確性和穩(wěn)定性