韓贊平，陳彥惠，劉海英，趙瑞芳，郭書(shū)磊

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南洛陽(yáng)471003;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州450002;3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南鄭州450002)

利用重組自交系群體定位不同溫度條件下玉米種子發(fā)芽性狀的QTL

韓贊平1，2，陳彥惠2，劉海英2，趙瑞芳2，郭書(shū)磊3

(1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南洛陽(yáng)471003;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州450002;3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南鄭州450002)

以基于豫82×沈137和豫537A×沈137構(gòu)建的2個(gè)重組自交系群體的420個(gè)家系為材料，借助SNP分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜，利用復(fù)合區(qū)間作圖法定位了發(fā)芽率(GP)、發(fā)芽勢(shì)(GE)、發(fā)芽指數(shù)(GI)、活力指數(shù)(VI)、苗長(zhǎng)(SL)、幼苗干質(zhì)量(SDW)、根干質(zhì)量(RDW)7個(gè)種子發(fā)芽相關(guān)性狀的QTL。結(jié)果表明，基于豫82×沈137的重組自交系群體檢測(cè)到24個(gè)QTLs，分布在1、2、3、5、6、7、10染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異的5.61%～11.01%;基于豫537A×沈137的重組自交系群體檢測(cè)到40個(gè)QTLs，分布在除第2染色體外的其余9條染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異的5.39%～11.92%。通過(guò)元分析方法將64個(gè)原初QTLs中的25個(gè)(39.1%)整合進(jìn)6個(gè)mQTLs，分別分布于第3、5、7、10染色體上，每個(gè)mQTL平均包含4.17個(gè)QTLs，分別參與2～4個(gè)性狀的調(diào)控，其中，mQTL3－2包含了7個(gè)QTLs，參與對(duì)VI、SDW、RDW、GE等4個(gè)性狀的調(diào)控。確定了位于6個(gè)mQTLs對(duì)應(yīng)標(biāo)記區(qū)間的35個(gè)候選基因，主要參與種子萌發(fā)、氧化還原代謝途徑、信號(hào)傳導(dǎo)、逆境抵御等生物學(xué)過(guò)程。

玉米;重組自交系;溫度;發(fā)芽性狀;QTL定位

低溫冷害是影響玉米種子發(fā)芽和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。在我國(guó)的玉米生產(chǎn)實(shí)踐中，障礙型冷害，尤其是萌芽期低溫冷害的發(fā)生往往造成早播玉米大幅度減產(chǎn)，嚴(yán)重威脅玉米的安全生產(chǎn)。研究玉米耐冷特性，培育高活力玉米品種以抵御低溫冷害造成的不利影響是保證玉米安全生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)有效的途徑，同時(shí)也對(duì)通過(guò)控制溫度調(diào)控種子發(fā)芽、降低種子貯藏成本、延長(zhǎng)貯存年限具有重要的借鑒意義。

玉米耐冷性是受多基因控制的數(shù)量性狀，容易受到環(huán)境條件的影響［1-2］。隨著玉米高密度分子遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建，國(guó)內(nèi)外科研工作者借助分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)作物耐冷性相關(guān)性狀的QTL定位開(kāi)展了比較廣泛的研究［3-11］。在有關(guān)玉米耐冷性相關(guān)性狀的基因定位方面，不同的研究者分別利用不同的定位群體，以葉綠素含量、光合參數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、側(cè)根長(zhǎng)度等玉米幼苗耐冷性相關(guān)指標(biāo)和性狀進(jìn)行QTL檢測(cè)，分別檢測(cè)到分布于不同染色體上的主效QTLs，得出了不盡相同的研究結(jié)果。Fracheboud等［12］基于BAc7643×Ac7729/TZ和ETH－DH7×ETHDL3分別構(gòu)建一套重組自交系群體和F2:3群體，以玉米幼苗在低溫脅迫下光合作用系統(tǒng)的耐冷性和葉綠素?zé)晒鈪?shù)為鑒定指標(biāo)進(jìn)行了QTL檢測(cè)，前者在檢測(cè)到的多個(gè)QTLs中，位于第3染色體上的主效QTL可解釋28%的表型遺傳變異，它在多個(gè)與光合作用相關(guān)的指標(biāo)中均能被檢測(cè)到，僅在低溫脅迫下特異表達(dá);后者檢測(cè)到玉米幼苗耐冷性主效QTL分布在第6染色體上，能解釋低溫脅迫下慢性光抑制遺傳變異的37.4%，且與地上部分干物質(zhì)質(zhì)量、暗反應(yīng)速率等呈顯著相關(guān)。Hund等［13］利用基于Lo964×Lo1016構(gòu)建的一套F2:3群體，對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗根部和芽發(fā)育的QTL進(jìn)行定位，共檢測(cè)到20個(gè)QTLs，位于第5染色體的主效QTL能解釋12%的萌芽指數(shù)變異以及14%的初生側(cè)根長(zhǎng)度變異。Jompuk等［14］和Leipner等［2］均基于ETHDH7×ETH－DL3構(gòu)建的一套F2:3群體對(duì)玉米苗期耐冷性QTL進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，主效QTLs分別分布在第6染色體和第3染色體上。Guerra-Peraza等［15］基于B73×Mo17構(gòu)建群體IBM302，以葉片葉綠素含量及光合量子效率為度量指標(biāo)，檢測(cè)到耐低溫的主效QTL分布在第5染色體上。

針對(duì)低溫下玉米萌芽期種子發(fā)芽相關(guān)性狀的QTL分析研究開(kāi)展較少的現(xiàn)狀，本研究利用基于豫82×沈137、豫537A×沈137獲得的2個(gè)分別包含208個(gè)、212個(gè)家系的玉米重組自交系群體為材料，分別在正常環(huán)境條件［(28±1)℃］和低溫環(huán)境條件［(18±1)℃］下，研究玉米萌芽期種子發(fā)芽相關(guān)性狀的表型變化，并進(jìn)行相關(guān)性狀的QTL定位，旨在揭示玉米耐冷性相關(guān)性狀的基因位點(diǎn)，以期為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米在多個(gè)環(huán)境下穩(wěn)定表達(dá)的耐冷性育種主效QTL的精細(xì)定位提供參考，也為玉米耐冷性育種的分子標(biāo)記輔助選擇提供種質(zhì)材料。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用材料為分別基于豫82×沈137、豫537A×沈137獲得的2個(gè)重組自交系群體(分別以Pop.1、Pop.2表示)，分別包含208、212個(gè)家系。2010年冬，在海南加代繁殖親本和各家系，單行區(qū)種植，行長(zhǎng)4 m、行距0.6 m、株距25 cm，全生育期及時(shí)防治病蟲(chóng)害，田間管理同一般大田生產(chǎn)?；ㄆ谶x擇長(zhǎng)勢(shì)整齊一致的單株自交授粉，成熟時(shí)單株分收分藏，用于室內(nèi)種子發(fā)芽試驗(yàn)。豫82和豫537A是由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的種子活力差異明顯的2個(gè)普通玉米自交系。其中，豫82選自于豫綜5號(hào)C3改良群體，從中選擇優(yōu)良單株通過(guò)連續(xù)多代自交選育而成，株型緊湊，萌芽力好;豫537A是利用豫綜5號(hào)C2改良群體，采用輪回選擇的方法，連續(xù)自交6代選育而成，萌芽力差。沈137是沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)科學(xué)院利用國(guó)外雜交種6JK－111選育而成，配合力高，萌芽力好，具有較強(qiáng)的種子活力。

1.2 種子發(fā)芽試驗(yàn)及性狀測(cè)定方法

選擇大小均勻、無(wú)破損的玉米種子，按照《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》(GB/T 3543.4—1995)的方法在人工氣候培養(yǎng)箱中采用沙培法，分別在正常溫度［(28±1)℃］、低溫處理［(18±1)℃］(相對(duì)濕度均為65%，光周期為光照14 h/黑暗10 h)條件下進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)。首先將種子種植于規(guī)格為4 cm× 4 cm的發(fā)芽穴盤(pán)中，每穴2粒，穴深5 cm。每天定時(shí)定量補(bǔ)水。

溫度為(28±1)℃的處理，從第2天起，逐日統(tǒng)計(jì)每份材料的發(fā)芽數(shù)，至第8天調(diào)查結(jié)束，3次重復(fù);溫度為(18±1)℃的處理，從第4天起，逐日統(tǒng)計(jì)每份材料的發(fā)芽數(shù)，至第10天調(diào)查結(jié)束，3次重復(fù)。發(fā)芽率(germination percentage，GP)、發(fā)芽勢(shì)(germination energy，GE)、發(fā)芽指數(shù)(germination index，GI)、活力指數(shù)(vigor index，VI)、苗長(zhǎng)(seedling length，SL)、苗干質(zhì)量(seedling dry weight，SDW)、根干質(zhì)量(root dry weight，RDW)的測(cè)定參照宋松泉等［16］的方法進(jìn)行。

1.3 表型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與QTL定位及命名

首先對(duì)百分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)資料(發(fā)芽率)先進(jìn)行求平方根反正弦arc－1sin的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后利用SPSS 17.0軟件對(duì)2個(gè)重組自交系群體所考察性狀的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、峰度等描述性統(tǒng)計(jì)以及相關(guān)性和方差分析。

利用Illumina Maize SNP 500G Bead Chip(Illumina，San Diego，California，USA)對(duì)親本進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)，通過(guò)卡平方(χ2)測(cè)驗(yàn)進(jìn)行多態(tài)性標(biāo)記的偏分離分析，之后用軟件Joinmap 4.0進(jìn)行SNP分子標(biāo)記的遺傳連鎖分析，然后采用Mapdraw 2.1繪制分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜［17］，利用WinQTLCart 2.5軟件，采用復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)所考察性狀的QTL進(jìn)行檢測(cè)，QTL定位過(guò)程中，窗口大小默認(rèn)為10 cM，背景標(biāo)記5個(gè)，采用正向－反向逐步回歸法控制背景，每個(gè)性狀均單獨(dú)在α=0.05顯著水平下進(jìn)行1 000次排列檢驗(yàn)，以LOD=2.5作為閾值在每一連鎖群上間隔1 cM對(duì)QTL存在的可能性進(jìn)行掃描，當(dāng)某一區(qū)間里的LOD值大于2.5時(shí)，該區(qū)間里的最大LOD值所對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)即為QTL在該連鎖群上可能的位置，同時(shí)計(jì)算出每個(gè)QTL對(duì)各性狀的遺傳貢獻(xiàn)率和加性效應(yīng)。

QTL的命名參照McCouch等［18］的方法，為q+溫度環(huán)境英文首個(gè)字母的小寫(xiě)+性狀的英文縮寫(xiě)+群體編號(hào)+QTL所在的染色體號(hào)，若同一性狀在某染色體上有多個(gè)QTLs時(shí)，分別用－1、－2、－3、…加以區(qū)分，QTL名稱(chēng)均用斜體表示，如qlGP1－3－1表示低溫環(huán)境條件下豫82×沈137群體所檢測(cè)到的控制發(fā)芽率這一性狀分布在第3染色體上的第1個(gè)QTL。

1.4 一致性QTL確定和候選基因預(yù)測(cè)

利用BioMercator 3.1軟件，采用元分析技術(shù)進(jìn)行一致性QTL區(qū)間的鑒定，根據(jù)一致性QTL區(qū)間兩端標(biāo)記在玉米物理圖譜B73 RefGen v1上的位置，將一致性QTL區(qū)間進(jìn)行物理圖譜定位，利用Plant GDB(http://www.plantgdb.org/)在線區(qū)段批量下載工具(download region data)下載一致性區(qū)間的預(yù)測(cè)基因序列并進(jìn)行生物信息學(xué)分析，發(fā)掘與玉米種子發(fā)芽相關(guān)的基因組區(qū)域及其候選基因。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度條件下種子發(fā)芽相關(guān)性狀的表型分析

由表1可以看出，低溫條件下3個(gè)親本的GP、GE、SDW、RDW、GI、VI、SL明顯低于正常條件下的相應(yīng)性狀平均值。3個(gè)親本中，GP、GE、GI均以豫82最高，沈137的GP、GE高于豫537A。重組自交系家系所有性狀的變異系數(shù)介于8.72%～23.50%，表現(xiàn)出超親分離的特點(diǎn)，偏度和峰度分別介于－1.25～0.61和－0.24～1.18，服從正態(tài)分布。

由表2可以看出，在不同群體、不同溫度條件下彼此之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系的有GP與GE、GI、VI，GE與GI、VI，GI與VI、SL，VI與SL、SDW、RDW，SDW與RDW。這種相關(guān)性在相同群體、不同溫度條件或者不同群體、相同溫度條件下的表現(xiàn)不一，其他性狀之間的相關(guān)程度不確定，但相關(guān)性質(zhì)都是一致的。

2.2 不同溫度條件下種子發(fā)芽相關(guān)性狀的QTL分析

2種溫度條件下共檢測(cè)到所測(cè)定7個(gè)種子發(fā)芽相關(guān)性狀的QTLs 64個(gè)(表3)。其中，在Pop.1中檢測(cè)到24個(gè)，分布在第1、2、3、4、5、6、7、10染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異的5.61%～11.01%;在Pop.2中檢測(cè)到40個(gè)，分布在除第2染色體之外的其余9條染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異的5.39%～11.92%。

表1 不同溫度條件下親本及2個(gè)重組自交系群體的表型統(tǒng)計(jì)

表2 不同溫度條件下7個(gè)種子發(fā)芽相關(guān)性狀之間的表型相關(guān)系數(shù)

表3 不同溫度條件下7個(gè)種子發(fā)芽相關(guān)性狀的QTL檢測(cè)

續(xù)表3不同溫度條件下7個(gè)種子發(fā)芽相關(guān)性狀的QTL檢測(cè)

2.2.1 GP由表3可知，共檢測(cè)到8個(gè)GP加性QTLs，其中Pop.1中有4個(gè)(正常溫度下3個(gè)、低溫條件下1個(gè))，Pop.2中有4個(gè)(正常溫度下1個(gè)、低溫條件下3個(gè))。它們分別位于第1、2、3、5、6、7、10染色體上，單個(gè)QTL可解釋GP遺傳變異的5.97%～9.06%。qlGP2－7的遺傳貢獻(xiàn)率最大，為9.06%，位于PZE－107032490與PZE－107045266之間;其次是位于SYN14676與SYN33425之間的qnGP1－5，可解釋7.98%的表型變異。

2.2.2 GE由表3可知，共檢測(cè)到11個(gè)GE加性QTLs，其中Pop.1中有4個(gè)(正常溫度下1個(gè)、低溫條件下3個(gè))，Pop.2中有7個(gè)(正常溫度下3個(gè)、低溫條件下4個(gè))。它們分別位于第2、3、4、5、6、9、10染色體上，單個(gè)QTL可解釋GE遺傳變異的5.58%～10.77%。qlGE2－10－1的遺傳貢獻(xiàn)率最大，為10.77%，位于PZE－110040961與PZE－110042144之間，可能是控制GE的一個(gè)主效QTL。

2.2.3 GI由表3可知，共檢測(cè)到9個(gè)GI加性QTLs，其中Pop.1中有4個(gè)(正常溫度下2個(gè)、低溫條件下2個(gè))，Pop.2中有5個(gè)(正常溫度下3個(gè)、低溫條件下2個(gè))。它們分別分布第1、3、7、8染色體上，單個(gè)QTL可解釋GI遺傳變異的5.49%～11.01%。qlGI1－7－2的遺傳貢獻(xiàn)率最大，為11.01%，位于SYN34644與PZE－107137037之間，另外，分別位于PZE－108067511與PZE－108069726、PZE－108073195與PZB00865.2之間的qnGI2－8－1、qnGI2－8－2的遺傳貢獻(xiàn)率分別為10.25%、10.82%，它們可能是控制GI的主效QTLs。

2.2.4 VI由表3可知，共檢測(cè)到9個(gè)VI加性QTLs，其中Pop.1中有3個(gè)(正常溫度下2個(gè)、低溫條件下1個(gè))，Pop.2中有6個(gè)(正常溫度下5個(gè)、低溫條件下1個(gè))。它們分別位于第1、3、4、5、8、9染色體上，單個(gè)QTL可解釋VI遺傳變異的5.39%～7.78%。qnVI2－3－1的遺傳貢獻(xiàn)率最大，為7.78%，位于PZE－103180642與SYN28063之間;其次是位于SYN1576與PZE－103151399之間的qnVI2－3－2，可解釋7.59%的表型變異。

2.2.5 SL由表3可知，共檢測(cè)到12個(gè)SL加性QTLs，其中Pop.1中有3個(gè)(正常溫度下2個(gè)、低溫條件下1個(gè))，Pop.2中有9個(gè)(正常溫度下6個(gè)、低溫條件下3個(gè))。它們分別位于第3、4、7、8、9、10染色體上，單個(gè)QTL可解釋SL遺傳變異的5.41%～11.92%。qnSL2－9－1的遺傳貢獻(xiàn)率最大，為11.92%，位于PZE－109061997與SYN37647之間;其次是位于PZE－109061997與SYN37647之間的qlSL2－9－2，可解釋10.57%的表型變異。qnSL2－9－1和qlSL2－9－2可能是控制SL的主效QTLs。

2.2.6 SDW由表3可知，共檢測(cè)到7個(gè)SDW加性QTLs，其中Pop.1中有3個(gè)(正常溫度下1個(gè)、低溫條件下2個(gè))，Pop.2中有4個(gè)(正常溫度下1個(gè)、低溫條件下3個(gè))。它們分別位于第3、4、5、6、9染色體上，單個(gè)QTL可解釋SDW遺傳變異的5.39%～7.11%，其中qlSDW1－6的遺傳貢獻(xiàn)率最大，為7.11%，位于PZE－106108187與SYN26189之間。

2.2.7 RDW由表3可知，共檢測(cè)到8個(gè)RDW加性QTLs，其中Pop.1中有3個(gè)(正常溫度下2個(gè)、低溫條件下1個(gè))，Pop.2中有5個(gè)(正常溫度下2個(gè)、低溫條件下3個(gè))。它們分別位于第1、3、7、10染色體上，單個(gè)QTL可解釋RDW遺傳變異的5.67%～9.60%，qlRDW2－3－1的遺傳貢獻(xiàn)率最大，為9.60%，位于SYN20833與PZE－103160158之間。

2.3 一致性QTL分析和候選基因

元分析確定的6個(gè)mQTLs分別位于第3、5、7、10染色體上，所有mQTLs所包含的QTLs均在2個(gè)群體同時(shí)被檢測(cè)到且可能參與調(diào)控2個(gè)或者更多性狀，25個(gè)QTLs被整合其中，被包含進(jìn)mQTL的比例為39.1%，每個(gè)mQTL平均包含4.17個(gè)QTLs，參與調(diào)控2～4個(gè)性狀，其中mQTL3－2包含了7個(gè)QTLs，參與對(duì)VI、SDW、RDW、GE等4個(gè)性狀的調(diào)控(表4)。

表4 不同溫度條件下7個(gè)種子發(fā)芽相關(guān)性狀的一致性QTL

根據(jù)各個(gè)mQTL所對(duì)應(yīng)的SNP標(biāo)記分布區(qū)間，參照B73的基因組信息，查找與之對(duì)應(yīng)的物理位置，以http://www.maizegdb.org/中鑒定的基因信息為對(duì)照，確定各個(gè)mQTL對(duì)應(yīng)SNP標(biāo)記分布區(qū)間內(nèi)的候選基因(表5)。35個(gè)候選基因分別位于6個(gè)mQTLs對(duì)應(yīng)SNP標(biāo)記分布區(qū)間內(nèi)，它們的主要編碼產(chǎn)物按功能可劃分為4類(lèi):第1類(lèi)參與蛋白質(zhì)和DNA合成代謝途徑，主要有生長(zhǎng)素結(jié)合蛋白(GRMZM2G116204)、根冠蛋白(GRMZM2G097316)、核糖體蛋白(GRMZM2G314646)、纖維素合成酶催化亞基(GRMZM2G142898)、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GRMZM2G028556、GRMZM5G895383、GRMZM2-G032856、GRMZM2G416632)、異淀粉酶型淀粉脫支酶(GRMZM2G150796、GRMZM2G063517)、乙酰乳酸合成酶(GRMZM2G143008)、谷氨酰氨合成酶(GRMZM2G09-8290)、半胱氨酸蛋白酶(GRMZM2G098298)、增殖細(xì)胞核抗原(GRMZM2G030523、GRMZM2G410710)、苯丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GRMZM2G472869)、S－腺苷甲硫氨酸脫羧酶酶原(GRMZM2G461159)、二氫黃酮醇還原酶(GRMZM2G109560、GRMZM2G004683);第2類(lèi)參與生長(zhǎng)發(fā)育，主要有翻譯起始因子eIF－2Bα亞單位蛋白(GRMZM2G084647)、胚胎細(xì)胞發(fā)生感應(yīng)器類(lèi)似蛋白激酶(GRMZM2G115420)、胚乳發(fā)育蛋白(GRMZM2G160687)、細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶(GRMZM2G174249)、高直鏈淀粉酶(GRMZM2G032628)、衣被蛋白(GRMZM2G028929)、NADP－結(jié)合蛋白(GRMZM2G050076);第3類(lèi)抵御逆境脅迫，主要有抵御干旱、低溫和高溫脅迫的翻譯起始因子eIF－2Bα亞單位蛋白(GRMZM2G084647)、抵御缺鐵脅迫的核糖體蛋白(GRMZM2G019325);第4類(lèi)是一些功能未知的假定蛋白，主要有GRMZM2G155096、GRMZM2G084762、GRMZM5G821639、GRMZM2G174221、GRMZM2G163749、GRMZM2G161302、GRMZM2G307588、GRMZM2G114642。

表5 不同溫度條件下種子發(fā)芽相關(guān)性狀與一致性QTL共定位的候選基因

續(xù)表5不同溫度條件下種子發(fā)芽相關(guān)性狀與一致性QTL共定位的候選基因

3 結(jié)論與討論

玉米是利用雜種優(yōu)勢(shì)最為充分的異花授粉作物，全生育期對(duì)溫度反應(yīng)敏感。萌芽和幼苗期低溫直接影響其正常生長(zhǎng)發(fā)育，降低其對(duì)其他逆境脅迫的抵抗力，最終影響產(chǎn)量。

3.1 基因型對(duì)不同溫度條件的響應(yīng)差異

2個(gè)重組自交系群體對(duì)不同溫度條件的響應(yīng)不同。Pop.1中檢測(cè)到7個(gè)種子發(fā)芽相關(guān)性狀的24個(gè)QTLs，分布在第1、2、3、4、5、6、7、10染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異的5.61%～11.01%。Pop.2中檢測(cè)到7個(gè)種子發(fā)芽相關(guān)性狀的40個(gè)QTLs，分布在除第2染色體之外的其余9條染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異的5.39%～11.92%。Pop.1中所檢測(cè)到的24個(gè)QTLs中有10個(gè)加性效應(yīng)值為負(fù)，14個(gè)加性效應(yīng)值為正;Pop.2中所檢測(cè)到的40個(gè)QTLs中有27個(gè)QTLs加性效應(yīng)值為負(fù)，13個(gè)為正，說(shuō)明來(lái)自于不同親本間QTL的加性效應(yīng)互為補(bǔ)充，在進(jìn)行分子標(biāo)記輔助育種時(shí)高值親本的選擇很重要，但也不能忽視低值親本。

2個(gè)重組自交系群體的QTL檢測(cè)結(jié)果存在差異。位于第3染色體上調(diào)控SDW的QTLs在基于豫537A×沈137的重組自交系群體正常溫度和低溫條件下均被檢測(cè)到，單個(gè)QTL對(duì)表型變異的貢獻(xiàn)率分別為5.39%和6.87%，但在基于豫82×沈137的重組自交系群體中第3染色體上則沒(méi)有檢測(cè)到相應(yīng)的QTL。位于第9染色體上調(diào)控SL的QTLs在基于豫537A×沈137的重組自交系群體正常溫度和低溫條件下都位于PZE－109061997—SYN37647標(biāo)記區(qū)間，單個(gè)QTL對(duì)性狀表型變異的貢獻(xiàn)率分別為11.92%和10.57%，可能是調(diào)控SL的主效QTL，同樣，在基于豫82×沈137的重組自交系群體中第9染色體上也沒(méi)有檢測(cè)到相應(yīng)的QTL。

研究中未發(fā)現(xiàn)可在不同群體、不同溫度條件下重復(fù)檢出的QTL，而參與調(diào)控VI、RDW、SVI、SL的QTLs可在不同溫度條件下重復(fù)檢出，充分說(shuō)明環(huán)境因素對(duì)玉米萌芽期和幼苗性狀的影響較大以及數(shù)量性狀遺傳的復(fù)雜性。

3.2 不同溫度條件下種子發(fā)芽mQTL在染色體上的熱點(diǎn)分布區(qū)域

本研究對(duì)被整合入6個(gè)mQTLs中的QTLs可能參與調(diào)控的性狀之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析，每個(gè)mQTL平均包含4.17個(gè)QTLs，參與調(diào)控2～4個(gè)性狀。其中，mQTL3－1、mQTL3－2、mQTL5－1、mQTL5－2、mQTL7、mQTL10等6個(gè)mQTLs中均包含了多個(gè)與種子發(fā)芽相關(guān)且穩(wěn)定表達(dá)的QTLs，如被整合入位于第3染色體上的mQTL3－2的7個(gè)原初QTLs，分別參與了對(duì)VI、SDW、RDW、GE等4個(gè)性狀的調(diào)控，且集中分布在PZE－103025592—PZE－103035540標(biāo)記區(qū)間，同樣被整合入位于第3染色體上的mQTL3－1的5個(gè)原初QTLs，分別參與了對(duì)GP、GI、SL、GE等4個(gè)性狀的調(diào)控，且集中分布在PZE－103072415—PZE－103092676標(biāo)記區(qū)間，結(jié)合表2所揭示的在不同群體、不同溫度條件下它們彼此之間均呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系可知，基因多效性和/或緊密連鎖以及相關(guān)密切的性狀在染色體上往往相距較近，也體現(xiàn)了QTL有集中分布于少數(shù)染色體上的傾向［19-20］，初步推定PZE－103072415—PZE－103092676標(biāo)記區(qū)間是參與調(diào)控響應(yīng)溫度相關(guān)種子發(fā)芽性狀的QTLs在染色體上分布的熱點(diǎn)區(qū)域。如同Ye等［21］所指出的，僅僅依靠常規(guī)的QTL分析方法很難全面揭示復(fù)雜性狀與其構(gòu)成因素或相關(guān)性狀在單個(gè)QTL水平之間的相互關(guān)系。

3.3 不同溫度條件下種子發(fā)芽相關(guān)性狀的QTL與候選基因的對(duì)應(yīng)關(guān)系

低溫冷害影響種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育，持續(xù)的低溫會(huì)大幅降低蛋白質(zhì)合成過(guò)程中發(fā)生的一系列新陳代謝活動(dòng)、抑制細(xì)胞周期信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的分泌，同時(shí)，核酸、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)破壞的程度相伴增加［20-21］。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，植物受低溫脅迫后，細(xì)胞能迅速感知外界信號(hào)，通過(guò)一系列復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并激活特定轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，提高植物耐受及抵抗低溫的能力。本研究探討了mQTLs與標(biāo)記分布區(qū)間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，35個(gè)候選基因分別位于6個(gè)mQTLs對(duì)應(yīng)的SNP標(biāo)記分布區(qū)間內(nèi)。其中，分布基因數(shù)目最多的mQTL7中有調(diào)控纖維素合成代謝的GRMZM2G142898、調(diào)控多胺合成代謝的GRMZM2G461159［22］、調(diào)控蛋白質(zhì)代謝的GRMZM5G895383、調(diào)控淀粉合成代謝的GRMZM2G063517、編碼產(chǎn)物為功能未知假定蛋白的GRMZM2G161302和GRMZM2G307588［23］、調(diào)控不育系育性的GRMZM2G050076［24］、調(diào)控細(xì)胞壁生物合成的GRMZM2G004683、調(diào)控花青素合成的GRMZM2G109560、調(diào)控蛋白質(zhì)生物合成精確性的GRMZM2G472869［25］、調(diào)控纖維素生物合成的GRMZM5G895383［26］。mQTL3－1中有調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素生物合成的GRMZM2G116204［27］，調(diào)控染色質(zhì)重塑和修復(fù)的GRMZM2G084762［26］，運(yùn)輸RNA由細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移的GRMZM2G084647，調(diào)控玉米胚乳發(fā)育的GRMZM2G160687［27］，編碼產(chǎn)物為根冠蛋白的GRMZM2G097316，調(diào)控蔗糖代謝、促進(jìn)籽粒灌漿、抵御非生物脅迫的GRMZM2G174249，具有解毒作用的GRMZM2G028556，編碼產(chǎn)物為功能未知假定蛋白的GRMZM2G155096、GRMZM5G821639和GRMZM2G174221［25］。另外，還有調(diào)控淀粉酶合成的GRMZM2G032628、調(diào)節(jié)育性的GRMZM2G115420［24］、抵御病害脅迫的GRMZM2G410710［25］、在ATP的存在下使氨與谷氨酸結(jié)合生成谷氨酰胺的GRMZM2G098290［28］，它們分別在DNA和蛋白質(zhì)合成代謝、生長(zhǎng)發(fā)育、逆境響應(yīng)等生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

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QTL Mapping of Seed Germination Traits under Different Temperature Conditions Using Recombinant Inbred Lines of Maize

HAN Zanping1，2，CHEN Yanhui2，LIU Haiying2，ZHAO Ruifang2，GUO Shulei3
(1.Agricultural College，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471003，China; 2.Agricultural College，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China; 3.Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China)

Two recombinant inbred lines(RILs)populations which were obtained from Yu 537A×Shen 137 and Yu 82×Shen 137 and contained 420 family lines were used as materials，two high-density molecular linkage maps were constructed using single nucleotide polymorphism(SNP)molecular marker technology.Through composite interval mapping method，the QTLs of seed vigor-related morphological and physiological traits were detected，including percentage of germination(GP)，germination energy(GE)，germination index(GI)，vigor index(VI)，seedling length(SL)，seedling dry weight(SDW)，root dry weight(RDW).Sixty-four QTLs for seed vigor-related traits were detected in the two connected RILs population in normal and low temperature conditions.The results showed that twenty-four QTLs were found inthe population based on Yu 82×Shen 137，and were located on chromosomes 1，2，3，4，5，6，7 and 10，with the explanation of phenotypic variation of a single QTL from 5.61%to 11.01%.Others fourty QTLs were found in the population based on Yu 537A×Shen 137，and located on all chromosomes except 2，with the explanation of phenotypic variation of a single QTL from 5.39%to 11.92%.Six mQTLs were identified on chromosomes 3，5，7 and 10 by meta-analysis，and twenty-five initial QTLs were integrated，the consolidation ratio was 39.1%.Each mQTL contained 4.17 QTLs on average，involved in the regulation of two to four traits，including VI，SDW，RDW，GE，mQTL3-2 contained 7 QTLs.Thirty-five candidate genes were located in 6 mQTLs corresponding SNP marker distribution ranges，which involved in the regulation of seed germination，plant development，growth metabolic pathways，signal transduction，withstanding adversity and so forth.

maize;recombinant inbred lines;temperature;germination trait;QTL mapping

S513

A

1004－3268(2017)07－0009－10

2017－01－26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1504315);河南科技大學(xué)青年基金項(xiàng)目(2015QN031);河南科技大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(13480067)

韓贊平(1975－)，男，河南孟津人，副教授，博士，主要從事玉米遺傳改良研究。E－mail:hnlyhzp@163.com