玉米自交系粗缩病抗性鉴定及抗性基因的关联定位研究

论文摘要

玉米粗缩病是近10年危害我国部分玉米产区的主要病害之一,挖掘抗粗缩病玉米种质并进而培育抗病品种是防治粗缩病危害最经济有效的途径。分子标记辅助育种方面,找到与粗缩病抗性基因相连锁的标记可有效加快抗病品种的培育进程。本试验在玉米粗缩病重发地—江苏沿江地区农科所,选用184份常用玉米自交系（包括111份普通玉米和73份糯玉米）于2009-2010年进行田间自然发病鉴定；同时利用115对多态SSR标记对供试的玉米自交系进行遗传多样性分析,按UPGMA方法,利用Powermarker3.0软件对184份自交系进行系统聚类,挖掘抗性较好的杂种优势亚群。另一方面,在分析供试自交系群体的连锁不平衡以及群体结构的基础上,利用关联分析方法,进行了粗缩病相关基因的初定位以及抗性等位变异的挖掘。研究结果如下：（1）通过连续2年的重病区田间自然发病鉴定,在184份玉米自交系中筛选出2份高抗（T877、YJ7）、14份抗玉米粗缩病的自交系。对2009-2010年的平均病级和病情指数进行联合方差分析发现,供试自交系间的抗病性具有极显著差异（P<0.01）,不同年份间的差异也达到极显著水平,自交系与年份互作的差异亦是极显著。不同年份的环境特别是年份间传毒媒介灰飞虱的种群变化及其带毒率,对玉米自交系的抗病性鉴定有一定的影响。病情指数的相关分析表明两年鉴定结果一致性较好,相关系数为0.717。（2）选用均匀分布于玉米10条染色体上的115对多态SSR标记,在所有供试材料中共检测出644个等位差异片段,单个引物扩增的差异片段变化范围为2-15个,每对引物平均检测出5.6个。所有标记位点的PIC平均值为0.59,单个引物PIC值的变化范围为0.18-0.91,其中,引物umc1226的PIC值最小,引物bnlg1621b的PIC值最高。所有位点基因多态性值的变化范围为0.19-0.92,平均值为0.64。（3）将均匀分布于玉米10条染色体上的115对SSR引物、644个SSR等位变异,按UPGMA方法对所有自交系进行系统聚类,结合系谱资料和育种实践,将184份自交系划分为9个亚群。根据亚群内自交系对粗缩病的抗性反应,初步认为第Ⅵ亚群（由黄早四等构建的分离小群体4S与其他品系混选而来的自交系）和第Ⅷ亚群（衍生于美国杂交种78599的玉米自交系）为抗玉米粗缩病育种的重要种质类群。（4）供试材料基因组的连锁不平衡分析发现,不论是共线性成对标记位点间还是非共线性成对标记位点间,均存在一定程度的连锁不平衡。得到统计概率（p<0.01）支持的不平衡成对位点比例占总位点组合数的64.04%。其中测验概率达到0.0001显著水平的位点组有49.55%。连锁不平衡程度D’>0.5的组合数占总位点组合数的1.14%。材料中普通玉米自交系拥有的不平衡成对位点数较糯玉米自交系多,然而从D’值次数分布情况及其平均值看,糯玉米位点间连锁不平衡程度略高。采用STRUCTURE软件中基于数学模型的方法,结合自交系的系谱信息以及系统聚类的结果发现,当亚群数K=4时,基于模型的亚群与自交系的系谱来源以及系统聚类结果有较好的一致性,故将供试材料分为4个亚群。（5）在粗缩病抗性基因关联定位方面,我们采用了3种表型值,即分别对2009、2010年的表型数据进行了关联分析,同时对病情指数两年数据进行数量性状的遗传模型分析,以自交系遗传效应估计值进行关联分析。2009年玉米粗缩病病情指数和平均病级的关联分析结果表明,在P<0.01显著水平下,共定位到了8个粗缩病相关SSR位点,分别位于1、2、3、5、9染色体上,其中第2染色上定位到4个标记。2010年的重复鉴定结果表明,在P<0.01显著水平下,可定位到了8个粗缩病相关SSR位点,分别位于1、2、4、5、6、10染色体上,其中第2、5染色体上分别定位到2个标记,其余染色体上均定位到1个标记。利用数量性状遗传模型分解出的病情指数自交系遗传效应估计值的关联结果表明,在P<0.05显著水平时,共检测到7个关联标记。其中有5个位于第2染色体,2个位于第7染色体。标记bmc1267的遗传变异解释率达到19.91%,其余标记的遗传变异解释率基本低于10%。分析3种关联定位的结果发现,第1染色体的umc1553和第2染色体的umc1026在2009-2010年的年度间重复鉴定中均可检测到。病情指数的自交系遗传效应估计值作为表型时,标记umc1026可再次被检测到,其余标记的重复性较差。对标记umc1026进行抗性等位变异挖掘发现,umc1026-A130为粗缩病的抗性等位变异,分析2009-2010年的田间发病数据发现,该等位变异可降低5-10个病情指数和0.2-0.4个平均病级。

论文目录

• 符号说明
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 玉米粗缩病抗性研究简述
• 1.1.1 病害症状
• 1.1.2 病原研究
• 1.1.3 传毒媒介与传病习性
• 1.1.4 粗缩病的抗性鉴定方法及常用分级标准
• 1.1.5 国内玉米资源粗缩病抗性鉴定研究进展
• 1.1.6 粗缩病抗性基因定位的研究进展
• 1.2 SSR标记在玉米资源遗传多样性研究中的应用
• 1.3 关联分析在基因定位及优异等位基因挖掘中的应用
• 1.3.1 连锁不平衡
• 1.3.2 关联分析的基本方法
• 1.3.3 群体结构对关联分析的影响
• 1.3.4 关联分析在玉米中的应用
• 1.4 本研究的目的和意义
• 2. 材料与方法
• 2.1 玉米粗缩病抗性田间自然发病鉴定
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 田间试验设计及粗缩病抗性鉴定方法
• 2.1.3 数据处理与分析方法
• 2.2 自交系材料的遗传多样性分析
• 2.2.1 DNA的提取
• 2.2.2 基因型鉴定
• 2.2.3 遗传多样性分析方法
• 2.3. 供试自交系的群体结构分析
• 2.3.1 连锁不平衡分析方法
• 2.3.2 群体结构分析方法
• 2.4 粗缩病抗性位点定位
• 2.5 粗缩病抗性等位变异挖掘
• 3. 结果与分析
• 3.1 供试自交系粗缩病抗性评价
• 3.2 自交系材料的遗传多样性分析
• 3.3 自交系类群划分及各类群抗病性评价
• 3.4 连锁不平衡分析
• 3.5 群体结构分析
• 3.6 粗缩病抗性基因定位
• 3.6.1 2009年表型数据的关联定位
• 3.6.2 2010年表型数据的关联定位
• 3.6.3 病情指数的自交系遗传效应估计值的关联定位
• 3.7 玉米粗缩病关联标记umc1026抗性等位变异挖掘
• 4. 讨论
• 4.1 关于玉米自交系粗缩病抗性鉴定
• 4.2 关于玉米粗缩病抗性基因关联定位
• 5. 下一步研究设想
• 参考文献
• 附录
• 附录1 玉米DNA的提取（SDS法）
• 附录2 聚丙烯酰胺凝胶配制
• 附录3 聚丙烯酰胺凝胶电泳方案
• 附录4 本研究中使用的缓冲液等试剂的配制
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的研究论文