CN106906301A - 与玉米行粒数主效qtl紧密连锁的分子标记及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记及其应用。本发明提供的QTL，定位于第一染色体4.09bin上，紧密连锁的分子标记由引物InDe176和umc1854组成。提取待测玉米三重测交群体的基因组DNA，用引物InDe176和umc1854进行PCR扩增，得到长度为174bp和142bp的扩增产物，可以用于对玉米行粒数的预测。该分子标记用于玉米及其衍生品种或品系的基因型检测，以判断该品种或品系行粒数，提高选择的准确性和育种效率。

Description

与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记及其应用
技术领域
本发明涉及玉米育种及分子生物学领域，具体涉及一种控制玉米行粒数的主效QTL紧密连锁的分子标记及其应用。
背景技术
玉米是世界上重要的粮饲作物，在我国已经成为第二大农作物。随着人口的急剧增加和耕地面积的不断减少，玉米等粮食作物需要大幅提高产量来满足人类的需求。玉米单产的提高则是解决耕地减少带来的粮食总量降低问题的主要技术手段。在特定种植密度下，玉米单位面积产量由单穗籽粒产量与穗数决定；而单穗籽粒产量又由每行粒数(KernelperRow:KPR)和百粒重所决定。可见，KPR是一个重要的产量因子，探明KPR形成的遗传机理有助于阐明玉米产量性状形成的遗传机理，选育具有大穗型的杂交种是提升我国玉米单位面积产量的一种可行办法。玉米行粒数性状受环境因素影响较小，因此，该性状是理想的分子育种改良性状。玉米行粒数是决定玉米产量的关键性状，它是一种数量性状，受到多个基因的控制。目前，已有多个定位的行粒数相关QTL得到了定位(www.maizeGDB.org)。
随着分子生物学技术的发展，尤其是分子标记的广泛应用，可以对数量性状相关基因位点进行分析。DNA分子标记的研究始于1980年，Bostein等(1980)首先提出了利用RFLP标记构建遗传连锁图，随后几十年，又相继出现了SSR、AFLP、RAPD、CAPS、SCAR、SNP及InDel等几十种分子标记，因为分子标记存在以下优点而备受遗传学家青睐：(1)不受季节、环境、基因表达与否的限制；(2)多态性高，存在着丰富的等位变异；(3)数量丰富，多态性遍及整个基因组；(4)许多分子标记表现共显性，能鉴别纯合杂合基因型，提供完整的信息。QTL定位是通过数量性状的表型值与分子标记间的关联分析，即当标记与特定性状连锁时，不同标记基因型个体的表型值间存在显著性差异，以此来确定各个数量性状位点在染色体上的位置和效应，甚至各个QTL间的互作效应(Tanksley，1993)。有关玉米籽粒相关性状的QTL定位研究也引起了关注。由于受定位群体类型(多为F2:3家系)、所用遗传连锁图谱精度(多为～200SSR标记)以及行粒数的评价方法等方面的限制，对行粒数的QTL分析并无一致结果。
发明内容
本发明的目的是提供与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记及其应用。
本发明的技术方案是：一种与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记，由InDe176和umc1854两对引物组成，所述引物InDe176的序列为：
Forward:5’-TCAGTGCAAAAAGGAATCTCAA-3’
Reverse:5’-TGAACGTCTCCCTTACAATGC-3’
所述引物umc1854的序列为：
Forward:5’-TCTAAAGTATGGCTGGAAACGAGC-3’
Reverse:5’-GCAACGATAAGTACCAGAATATGGC-3’。
提取待测玉米三重测交群体的基因组DNA，用上述引物InDe176和umc1854进行PCR扩增，得到长度为174bp和142bp的扩增产物，扩增产物通过6％聚丙烯酰胺凝胶和1％琼脂糖凝胶电泳分离后，分别获得InDe176和umc1854，则待测玉米为行粒数多的玉米。
进一步的，所述的玉米品种为B73和Mo17及其组成的IBM群体。
本发明的另一目的是提供上述与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记在预测玉米行粒数方面的应用。
所述的分子标记的应用，具体为：将玉米高遗传交换率IBM重组自交系群体分别与其亲本B73、Mo17及F1杂交，获得TC(B73)、TC(Mo17)及TC(F1)三重测交群体，提取它们的DNA，然后用引物InDe176和umc1854对这些DNA进行聚合酶链式反应(PCR)，若得到长度为174bp和142bp的扩增产物，则待测玉米品种或品系为候选行粒数多的玉米。
本发明的有益效果：
本发明通过QTL分析，发现在玉米第4染色体4.09bin上存在一个与玉米行粒数相关的QTL，该QTL位于分子标记InDe176和umc1854之间，对表型的贡献率为8.5％。分析表明利用这两个分子标记可以对玉米行粒数进行预测。
通过本发明公布的分子标记进行分子标记辅助选择，鉴定方法简单，选择效率高。只需检测分子标记的特征扩增条带，即可预测行粒数是多还是少。选择目标明确，不受环境的影响。可在玉米生育早期鉴定出每行籽粒多的玉米单株，淘汰其它单株。
附图说明
图1控制玉米行粒数QTL的染色***置。
具体实施方式
下述实施例中实验方法如无特殊说明，均为常规实验方法。下述实施例中所述的实验试剂及耗材如无特殊说明，均来自常规生化试剂公司。
实施例1
一种控制玉米行粒数的主效QTL的分子标记，所述分子标记由InDe176和umc1854两对引物组成，所述引物InDel14的序列为：
Forward:5’-TCAGTGCAAAAAGGAATCTCAA-3’
Reverse:5’-TGAACGTCTCCCTTACAATGC-3’
所述引物umc1269的序列为：
Forward:5’-TCTAAAGTATGGCTGGAAACGAGC-3’
Reverse:5’-GCAACGATAAGTACCAGAATATGGC-3’。
提取待测玉米三重测交群体的基因组DNA，用引物InDe176和umc1854进行PCR扩增，得到长度为174bp和142bp的扩增产物，扩增产物通过6％聚丙烯酰胺凝胶和1％琼脂糖凝胶电泳分离后，分别获得InDe176和umc1854，则待测玉米为行粒数多的玉米。
所述的玉米品种为B73和Mo17及其组成的IBM群体。
利用上述分子标记在预测玉米行粒数的具体方法为：将82株高遗传交换率IBM重组自交系群体分别与其亲本B73、Mo17及F1杂交，获得TC(B73)、TC(Mo17)及TC(F1)三重测交群体，提取它们的DNA，然后用InDe176和umc1854的引物对这些DNA进行聚合酶链式反应(PCR)，若得到长度为174bp和142bp的扩增产物，则待测玉米品种或品系为候选行粒数多的玉米。
图1为控制玉米行粒数QTL所在的连锁群及其位置，其中，左侧为其遗传距离(cM)，右侧为分子标记名称。
实施例2
一种获得控制玉米行粒数主效QTL分子标记的详细步骤如下：
(1)玉米三重测交(triple test cross，TTC)群体的构建及行粒数的测量
利用82株高遗传交换率IBM重组自交系群体分别与其亲本B73、Mo17及F1杂交，获得TC(B73)、TC(Mo17)及TC(F1)三重测交群体。将82株IBM群体、TC(B73)、TC(Mo17)及TC(F1)三重测交群体按照随机区组设计于2012年种植于江苏省农科院六合试验基地，三个重复。每个基因型材料按照单行种植，株距30cm，行距60cm，正常田间管理。出苗后，采集IBM群体的叶片组织提取DNA。待籽粒生理成熟后，收获IBM重组自交系及TTC群体的成熟穗，每个重复考种5个穗，项目包括穗长、穗粗、穗行数和行粒数，取小区的均值作为每个材料的数据。
根据TTC群体的遗传交配设计，将82个TC(B73)、TC(Mo17)、TC(F1)的行粒数数据分别表示为L1i、L2i和L3i(i＝1,…,82)，对于每一个IBM个体计算和式Z1＝(L1i+L2i)/2用于检测加性QTL(Kearsey MJ and Jinks JL(1968)A general method of detecting additive,dominance and epistatic variation for metrical traits.Heredity 3:403)。
(2)InDel(Insertion/Deletion)标记的开发和遗传连锁图谱的构建
利用B73全基因组序列(第三版)和Mo17二代序列，Mo17二代原始序列经过Q20标准过滤后用BWA软件处理并利用SAMtool对结果进行整理。在分析过程中删除了可在B73基因组上对应多个位点的Mo17二代原始序列。利用eprimer3设计引物，将这些引物在玉米自交系B73、Mo17之间进行PCR扩增，通过2％的琼脂糖凝胶筛选出在B73、Mo17基因组间扩增条带清晰、无非特异性扩增的共显性InDel标记。
提取IBM群体的DNA，利用筛选的多态性InDel标记进行PCR扩增，通过2％的琼脂糖凝胶电泳获得IBM群体的InDel标记基因型。结合IBM群体的公共标记基因型，利用Mapmaker3.0对这些分子标记进行分群、排序并计算遗传距离(Kosambi)。经过分析，构建的遗传图谱共有744个分子标记，覆盖了玉米的10个染色体，总遗传距离达到了4263.1cM，分子标记间平均遗传距离为5.7cM。
(3)QTL分析
利用WinQTLcart2.5对Z1进行复合区间作图(Composite Interval Mapping,CIM)分析行粒数QTL的遗传位置及遗传效应。以0.5cM的步移扫描全基因组，QTL的显著水平设定为0.05，抽样1000次迭代值模拟确定QTL的置信区间(LOD)。当LOD值大于3.0时，认为该区间存在一个QTL。复合区间作图分析表明在玉米第一染色体4.09bin上存在一个控制玉米行粒数的主效QTL，介于分子标记InDe176和umc1854之间。该QTL对表型的贡献率为8.5％，命名为qKPR，该QTL可用于对玉米每行粒数进行预测。

Claims (6)

1.一种与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记，其特征在于：所述分子标记由InDe176和umc1854两对引物组成，所述引物InDe176的序列为：
Forward:5’-TCAGTGCAAAAAGGAATCTCAA-3’
Reverse:5’-TGAACGTCTCCCTTACAATGC-3’
所述引物umc1854的序列为：
Forward:5’-TCTAAAGTATGGCTGGAAACGAGC-3’
Reverse:5’-GCAACGATAAGTACCAGAATATGGC-3’。
2.根据权利要求1所述的与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记，其特征在于：提取待测玉米三重测交群体的基因组DNA，用引物InDe176和umc1854进行PCR扩增，得到长度为174bp和142bp的扩增产物，扩增产物通过凝胶电泳分离后，分别获得InDe176和umc1854，则待测玉米为行粒数多的玉米。
3.根据权利要求2所述的与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记，其特征在于：所述的凝胶是指6％聚丙烯酰胺凝胶和1％琼脂糖凝胶电泳。
4.根据权利要求2所述的与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记，其特征在于：所述的玉米品种为B73和Mo17及其组成的IBM群体。
5.如权利要求1所述的与玉米行粒数主效QTL紧密连锁的分子标记在预测玉米行粒数方面的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：预测的具体方法为：将玉米高遗传交换率IBM重组自交系群体分别与其亲本B73、Mo17及F1杂交，获得TC(B73)、TC(Mo17)及TC(F1)三重测交群体，提取它们的DNA，然后利用引物InDe176和umc1854对这些DNA进行聚合酶链式反应，若得到长度为174bp和142bp的扩增产物，则待测玉米品种或品系为候选行粒数多的玉米。
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