四川当前主要玉米种质杂种优势类群及产量配合力研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:houguangyun1981
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玉米(Zea mays L.)隶属于禾本科玉蜀黍属,作为世界上主要的粮食作物、饲料及工业原料之一,广泛分布于全球各个国家,其产量和品质一直以来是玉米育种的主要目标。为了摸清新形势下四川玉米育种的种质特点,为未来四川玉米育种发展方向的确定提供参考,本研究以“十三五”四川省玉米育种攻关组8家骨干参加单位当前广泛使用的玉米骨干自交系为材料,通过简化基因组测序(genotyping by sequencing,GBS)分析自交系间的遗传关系、按照NCⅡ遗传交配设计配制杂交组合分析自交系的产量性状配合力效应、利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)策略对穗长等产量性状一般配合力(general combining ability,GCA)靶点进行检测。本研究主要结果如下:(1)通过GBS技术在157份玉米自交系中开发了4,976个高质量SNP标记。SNP分子标记的等位基因变异为35个,平均为3.22个;基因多样性(gene diversity,GD)为0.14700.7512,平均为0.5066;多态性信息含量(polymorphism information content,PIC)为0.13710.7107,平均为0.4132,展现出四川省当前玉米育种种质资源较为丰富的遗传变异。基于SNP分子标记的群体结构分析将该批自交系群体划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个亚群,即绵765等8份自交系划为Ⅰ群,18-599等63份玉米自交系与Mo17、齐319和掖478划为Ⅱ群,08-641等57份玉米自交系与丹340、B73和黄早4划为Ⅲ群,SCML104等20份玉米自交系划为Ⅳ群,其余9份自交系因与任何亚群的遗传相似性比例均低而划为混合亚群,其中Ⅱ、Ⅲ两亚群占比近80%。根据群内材料的系谱来源结合四川所在的生态位置属性,我们将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个亚群分别命名为本地改良系(Impro-local)、温热I A群(Tem-tropic I A)、温热I B群(Tem-tropic I B)、热带改良系(Impro-tropic)。亚群间遗传多样性分析结果显示:Tem-tropic I B种质的遗传多样性最为丰富,Tem-tropic I A种质的遗传多样性较低。Impro-local种质和Impro-tropic种质间遗传关系较远,Tem-tropic I A种质和Tem-tropic I B种质间遗传关系最近。157份自交系群体的平均LD衰减距离为1.051.10Mb。本研究结果证实,热带、亚热带玉米种质在育种过程中被大量引入到四川,形成了当前以温热种质为主的玉米育种资源。(2)四川当前主要玉米自交系的17个产量性状GCA效应在云南景洪和四川雅安鉴定结果表明:LH8012、T237、T278和T318具有较好的ELGCA效应,宜13B1-3和78599-211具有较好的BTLGCA效应,Y1018、Y1126、Y1114和绵1708具有较好的EDGCA效应,绵723、T309、C328、绵0232、Y1126、Y1018和绵1708具有较好的KRNGCA效应,08-641和SCML7275具有较好的KNRGCA效应,绵1834、T145、绵757和成自2142具有较好的CDGCA效应,绵0232和宜098具有较好的KLGCA效应,Y1114、热抗67、N29、T260和宜14A13具有较好的KWGCA效应,91(2)6983-0具有较好的KPRGCA效应,南942和德国X-02具有较好的KMGCA效应,Y1114和Y1018具有较好的EWGCA效应,Y1018和Y1114具有较好的KWPEGCA效应,承玉10号父本、宜14A2、南942和T96具有较好的CWGCA效应,Y1114和热抗67具有较好的HKWGCA效应,T318、苏湾1611、绵722、Y1126、Y1018、78599-211和绵1708具有较好的KTWGCA效应,91(2)6983-0、Y1018和Y1114具有较好的GYPPGCA效应,91(2)6983-0和Y1018具有较好的GYGCA效应。综合17个产量性状GCA评价,两个环境中产量性状GCA效应表现好且均衡的前十个自交系分别是Y0921、91(2)6983-0、T213、T42 L648、T71、Y1018、绵722、SCML30331、宜13B1-3和宜15B5。(3)635个测交组合就单株产量SCA而言,云南景洪试验点GYPPSCA位列前三位的杂交组合分别是双M9×LH8012、SCML7275×08WSC149-221、Y1018×Y1027,四川雅安试验点GYPPSCA位列前三位的杂交组合分别是宜ZB-8×Y1027、京科968母本×绵04185/SN8、T145×PH6WC。根据单株产量SCA效应对144份自交系进行聚类,结果表明:144份玉米自交系在云南景洪和四川雅安两个试验点均被分为4个类群,但两个环境中的聚类结果不尽相同。(4)通过云南景洪和四川雅安两个环境中的GCA鉴定,基于4,976个高质量SNP,综合考虑群体结构、亲缘关系等对产量性状GCA进行GWAS分析。运用GLM模型,在-Log10P>3.70(P<1/4,976)水平下,产量性状GCA在两个环境中共检测到239个SNP位点,分布于玉米110号染色体上,单个SNP可以解释10.90%29.21%的表型变异;其中:穗长GCA共关联到5个显著位点、秃尖长GCA共关联到1个显著位点、穗粗GCA共关联到29个显著位点、穗行数GCA共关联到1个显著位点、行粒数GCA共关联到3个显著位点、轴径GCA共关联到7个显著位点、粒长GCA共关联到1个显著位点、粒宽GCA共关联到1个显著位点、出籽率GCA共关联到8个显著位点、含水量GCA共关联到18个显著位点、单穗重GCA共关联到28个显著位点、单穗粒重GCA共关联到28个显著位点、单穗轴重GCA共关联到19个显著位点、百粒重GCA共关联到5个显著位点、容重GCA共关联到9个显著位点、单株产量GCA共关联到38个显著位点、小区产量GCA共关联到38个显著位点。在-Log10P>3.00(P<0.001)水平下,穗粗GCA、穗行数GCA和行粒数GCA等12个产量性状GCA在两个环境中同时被检测到的位点为25个。这些产量性状GCA关联SNP位点的开发有利于完善关联分析在玉米上的应用,同时为今后玉米的配合力分子标记辅助育种提供了参考。
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