供氮和不供氮条件下玉米穗部性状的QTL定位

【目的】分析供氮(+N)和不供氮(–N)2种条件下玉米穗部性状QTL定位结果的差异,挖掘在–N条件下特异表达的主效QTL,为玉米的氮高效分子育种提供理论依据。【方法】以优良玉米自交系许178(氮高效)×K12(氮低效)衍生的150个F7代重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)为试验材料,在+N和–N 2种处理条件下进行2年的田间试验,对玉米的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和单株产量共5个穗部性状进行表性鉴定。使用基于混合线性模型(mixed liner model,MLM)的最佳线性无偏预测法(best linear unbiased prediction,BLUP),结合2年的表型数据,估计各家系各性状在不同氮水平下的育种值。然后利用QTL IciMapping V4.0软件的完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)对这5个性状的育种值进行+N和–N条件下的QTL分析。【结果】玉米的穗长、穗粗和穗行数在不同氮水平下差异不大,而行粒数和单株产量在–N条件下呈现出显著降低的结果。两种氮水平下共定位到20个穗部性状QTL,其中+N条件下定位到11个QTL,包括穗长2个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量5个。–N条件下定位到9个QTL,包括穗长1个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量4个。这些QTL分布在除第2染色体以外的其余染色体上。两种氮水平下定位到5个"一致性QTL",分别为qEL7a,qED7a,qRNE9b,qGYP1a和qGYP6a,这5个"一致性QTL"具有较高的表型贡献率,在不同氮水平下的贡献率均超过了10.00%。在–N条件下共发现4个特异表达的QTL,分别为qRNE9a,qKNR6a,qGYP3a和qGYP8a,其中qRNE9a和qGYP3a是贡献率超过10.00%的主效QTL。无论是在+N还是–N条件下,都发现了控制不同性状的基因之间紧密连锁或是同一个基因的一因多效现象,这与穗部各性状间的高度相关性表现一致。【结论】控制玉米穗部性状的基因在不同氮水平下的特异性表达直接导致了玉米穗部性状表型上的差异。5个"一致性"主效QTL和2个在不供氮条件下特异表达的主效QTL,均有利于提高玉米抵抗低氮胁迫的能力。研究中发现的几个控制玉米穗部性状的QTL富集区可能存在一些关键基因,值得进一步研究。