（植物学专业论文）玉米芽苗期抗旱性qtl定位的研究.pdf

摘要 玉米是一种重要的禾谷类作物。由于于旱对玉米生产带来巨大损失，抗旱遗传育种己 成为玉米遗传改良的一个重要方向。种子萌发、出苗是玉米生长的丌始阶段，在土壤水分 胁迫下保持较高的出苗率和壮曲率，直接关系到以后的生长发育和产量形成。由于玉米在 生长期的许多抗旱相关性状是受多基因控制的，且受环境影响，使得抗旱性q t l 的定位和 遗传分析成为抗旱育种的理论指导。s s r 标记技术的发展为研究抗旱遗传规律，定位重要 抗旱性状提供了新的技术手段。本研究利用m o l 7 x 黄早四的f 。重组自交系群体( 共2 3 9 系) ，构建分子图谱，并进行实验室模拟干旱胁迫环境下，芽苗期抗旱性状的q t l 定位及 遗传效应分析。主要结果如下： 1 从3 7 0 对s s r 引物中筛选出1 0 1 对，应用m a p m a k e e x p 3 0 b 软件构建s s r 分子标记 连锁图谱。所构建的图谱覆盖玉米基因组1 4 2 2 7 c m ，标记问平均图距为1 5 6 c m ，该连 锁图谱与i b m 群体所作图谱基本一致，能有效地进行q t l 定位的研究。 2 运用复合区间作图法对玉米芽苗期抗旱q t l 进行了定位和遗传效应分析。结果共检测 到2 2 个q t l 分散在全部l o 条染色体。 3 在第1 ，5 和1 0 染色体上定位到种子萌发抗旱指数的三个主效q t l ，与其连锁的s s r 标记分别为u m c l 3 5 8 ，b n l g l 0 0 6 和p h i 0 5 0 ，相应的l o d 值分别为3 7 6 ，4 7 9 和2 1 7 ， 加性效应分别为1 4 7 ，一1 5 0 和1 4 0 ，其加性效应能解释表型方差分别为4 9 3 7 ， 5 0 5 3 和4 4 4 6 。 4 在j 下常供水条件下，在第4 ，8 ，9 染色体上检测到3 个苗期茎含水量q t l ，与其连锁 的s s r 标记分别为p h i 0 2 1 ，d u p s s r l 4 ，b 山9 1 5 8 3 ，加性效应能解释表型方差为 6 9 1 4 4 0 他们均来源于m o l 7 ，其加性效应使含水量提高o 0 3 o 0 4 。对于叶片 含水量，检测到3 个q t l ，他们分别与邻近标记b n l 酣3 9 ，u m c l 8 6 7 ，n c l 3 4 连锁，其 加性效应能解释表型方差为7 0 3 一1 4 3 2 ，来源于m o l 7 定位在第9 染色体上q t l 加 性效应使含水量提高o 0 4 ，另一个定位在第9 染色体上的q t l 和定位在第l 染色体 上的q t l 增效基因均来源于黄早四。 5 在p e g 模拟干旱胁迫条件下，检测到2 卜苗期茎含水量q t l ，他们分别与邻近标记 b n l 9 2 2 9 1 ，b n l 9 1 9 2 2 连锁，其增效基因分别来源于两亲本，加性效应能解释表型方差为 7 4 5 和1 0 3 6 。在第3 ，4 ，1 0 染色体上检测到4 个叶片含水量q t l ，他们分别与邻 近标记b n l g l 0 3 5 ，p h i 0 2 9 ，p h i 0 2 1 ，u m c l 】9 6 连锁，其中第3 染色体上的两q t l 加性效 应能解释表型方差为2 8 0 1 ，3 3 4 2 ，另两个q t l 加性效应能解释表型方差为1 5 2 5 ， 2 5 0 1 ，他们来源于两亲本加性效应使含水量提高1 0 9 一1 6 9 。 6 在第6 染色体上检测到两个苗期干重抗旱系数的主效q t l ，他们与邻近标记p h i l 2 6 ， u m c l 7 5 3 连锁，其l o d 值为1 8 5 0 ，1 2 7 8 ，他们增效基因分别来自于两个亲本，加性 效应自解释表型方差为4 6 1 4 。4 1 。8 0 。在第7 染色体定位到一个茎抗旱指数q t l ， 与邻近标记u m c l l 5 4 连锁，加性效应能解释表型方差为1 2 7 2 ，它来源于m o l 7 ，加 性效应可使含水量提高o 5 7 。在第2 ，4 ，1 0 染色体上定位到4 个叶抗旱指数q t l ， 与邻近标记u m c l 0 4 2 ，u m c 2 0 0 5 ，p h i 0 2 1 ，p h i 0 5 0 连锁，来源于m 0 1 7 位于第1 0 染色体 上的q t l 加性效应能解释表型方差为2 9 5 7 ，其余三个q t l 增效基因分别来自两亲 本，加性效应能解释表型方差为7 3 5 1 3 9 9 。 关键词：玉米；芽苗期；抗旱；s s r ；q t l a b s t r a c t m a i z ei st h et h i r dm o s ti m p r o t a n tc r o pw o r l d w i d e i nm o s tm a i z e g r o w i n ga r e a ，d r o u g h ti s b y 陆t h el e a d i n ge n v i r o n m e n t a ls t r e s sc a u s i n gy i e l dr e d u c t i o n sb r e e d i n gf o rd r o u g h tt o l e r a n c e ( d t ) v i ag e n t i cm e a n si sb e c o m i n gak e ya s p e c t s e e dg e r m i n a t i o na n de a r l ys e e d l i n gg r o w t hi s t h eb e g i n gs t a g ef o rm a i z ed e v e l o p m e n t ，t h ea b i l i t yo ft h es e e dt o g e r m i n a t i o nr a p i d l ya n d u n i f o r m l yu n d e rd r o u g h ts t r e s s ( d s ) i sad e s i r a b l et r a i tf o rm a i z ep r o d u c t i o n m a i z er e s p o n s et o d si sc o n t r o l l e db yp o l y g e n e sa n di sh i 曲l yi n f l u e n c e db ye n v i r o t m a e n t a lv a r i a t i o n w i t hs s r a n dm a n ym o l e c u l a rm a r k e rm a t h o d s d e v e l o p e d ，i ti sp o s s i b l et om a pd t r e l a t e dq t l sa n dm a k e f u r t h e ra n a l y s i s i nt h i ss t u d y , af 9r i l ( r e c o m b i n a n ti n b r e dl i n e ) w i t h1 0 1i n d i v i d u a l s ，d e r i v e d f r o mas t r e s s t o l e r a n tm o17a n das t r e s s - s e n s i t i v eh u a n g z a o s i ，i su s e dt oc o n s t r u c ta g e n e t i cm a p a n dl o c a t e dd r o u g h tr e l a t e dq t l s t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： l at o t a lo f3 7 0m i c r o s a t e l l i t e ( s s r m a r k e r sc o v e r10m a i z ec h r o m o s o m e sw e r ec h o s e nt o s c r e e nt h ep a r e n t a ll i n e sm 0 1 7a n dh u a n g z a o s if o rp o l y m o r p h i s m 1 0 ls s rm a r k e r sw e r e p l a c e do naf r a m e w o r kw i t hp r o g r a mm a p m a k e rv e r s i o n3 0 ba n ds p a n n e d1 4 2 2 7c m ，t h e r i lm a ph a sa na v e r a g es s rm a r k e rd e n s i t y15 6c m t h em a r k e ro r d e rw a s q u i t ec o n s i s t e n t a n di na g r e e m e n tw i t hp u b l i s h e di b m m a p s ot h em a pc a nb eu s e dt ol o c a t eq t l s 2 m e t h o do fc i m ( c o m p o s i t ei n t e r v a l m a p p i n g ) o fp r o g r a mw i n d o w sq t lc a r t o g r a p h e r v e r s i o n2 0w a su s e dt os c a nq t l sw i t hi n t e r v a l so f2c mb e t w e e nm a r k e r sa n dp u t a t i v e q t l s ，a n dw i t haw i n d o ws i z eo f10c m m e a n w h i l et h eg e n e t i ce f f e c t so f p u t a t i v eq t l s w e r ea n a l y z e d 3 3q u a n t i t a t i v et r a i tl o c i ( q t l s ) f o rg e r m i n a t i o ns t r e s si n d e x ( g s i ) u n d e rd sw e r ed e t e c t e d o f t h e s e ，o n eq t ll o c a t e do nc h r o m o s o m e1 ，l i n k e dw i t hm a r k e ru m c l 3 5 8 、w a sc o n t r i b u t e d b ym 0 1 7d o n o rp a r e n t ，t h ea d d i t i v ee f f e c tw a s1 4 7 ，w h i c hc a ne x p l a i n e d4 9 3 7 o ft h e p h e n o t y p i cv a r i a n c e ，o t h e rt w oq t l s ，l o c a t e do nc h r o m o s o m e5a n d10 ，l i n k e dw i t hm a r k e r b n l 9 1 0 0 6a n dp h i 0 5 0 ，w e r ec o n t r i b u t e db yh u a n g z a o s id o n o rp a r e n t ，t h ea d d i t i v ee f f e c t s w e r e 一1 5 0 a n d _ 1 4 0 ，w h i c hc a ne x p l m n e d5 0 5 3 a n d4 4 4 6 o ft h ep h e n o t y p i c v a r i a n c e ，r e s p e c t i v e l y t 4 3q t l sf o rs t e mw a t e rc o n t e n to nc h r o m o s o m e4 ，8a n d9w e r ed e t e c t e du n d e rw e l l w a t e r d c o n d i t i o n s ( w w ) t h el i n k a g em a r k e r st oe a c hq t l w e r ep h i 0 2 1 ，d u p s s r l 4 ，b n l 9 1 5 8 3 t h e y w e r ec o n t r i b u t e db ym 0 1 7d o n o rp a r e n t ，t h ea d d i t i v ee f f e c t sw e r eo 0 3 一0 0 4 ，w h i c hc a n e x p l a i n e d69 0 一1 4 4 0 o ft h ep h e n o t y p i cv a r i a n c e 2m i n o rq t l sf o rs t e mw a t e rc o n t e n t o nc h r o m o s o m e4a n d6w e r ed e t e c t e du n d e rd s t h el i n k a g em a r k e r st oe a c hq t lw e r e b n l 9 2 2 9 1a n db n l 9 19 2 2 ，t h e yw e r ec o n t r i b u t e db yt w op a r e n t s ，t h e a d d i t i v ee f f e c t sc a n e x p l a i n7 4 5 a n d1 0 3 5 o f t h ep h e n o t y p i cv a r i a n c e 5 3q t l sf o rl e a f w a t e rc o n t e n to nc h r o m o s o m e1a n d9w e r ed e t e c t e du n d e rw w ：t h el i n k a g e m a r k e r st oe a c hq t lw e r eb n l 9 4 3 9 ，u m c l 8 6 7 ，n c l 3 4 ，t h ea d d i t i v ee f f e c t sc a ne x p l a i n 7 0 3 一1 4 3 2 o ft h ep h e n o t y p i cv a r i a n c e 4q t l sf o rl e a fw a t e rc o n t e n tw e r ed e t e c t e d u n d e rd s ，t h el i n k a g em a r k e r st oe a c hq t l sw e l eb n l 9 1 0 3 5 ，p h i 0 2 9 ，p h i 0 2 1 ，p h i 0 5 0 。t h e a d d i t i v ee f f e c t sw e r e1 2 0 ，一o 8 7 ，1 2 5 ，- 1 5 9 t h ea d d i t i v ee f f e c t so fq t l so n c h r o m o s o m e3c a ne x p l a i n3 3 4 2 a n d2 8 0 1 o f t h ep h e n o t y p i cv a r i a n c e 6 2m a j o rq t l sf o rd r yw e i g h td r o u g h tr e s i s t a n ti n d e x ( d r i ) w e r ed e t e c t e do nc h r o m o s o m e6 ， t h el i n k a g em a r k e r sw e r ep h i l 2 6 ，u m c l 7 5 3 t h e yw e r ec o n t r i b u t e db yt w op a r e n t a ll i n e s ，t h e a d d i t i v ee f f e c t sc a n e x p l a i n 4 6 1 4 4 1 8 0 o f t h e p h e n o t y p i c v a r i a n c e 1q t l f o rs t e m d r i o nc h r o m o s o m e7w a sd e t e c t e d ，t h el i n k a g em a r k e rw a su m c l15 4 ，t h ea d d i t i v ee f f e c tw a s - 0 5 7a n dc a l le x p l a i n1 2 7 2 o ft h ep h e n o t y p i cv a r i a n c e 4q t l sf o rl e a fd 1w e r ed e t e c t e d o f t h e m ，o n eq t ll o c a t e d 血c h r o m o s o m et 0 ，l i n k e dw i t hm a r k e rp h i 0 5 0 ，t h ea d d i t i v ee f f e c t c a ne x p l a i n2 9 5 7 o f t h ep h e n o t y p i cv a r i a n c e o t h e r3q t l s ，l o c a t e do nc h r o m o s o m e2a n d 4 ，l i n k e dw i t hm a k e ru m c l 0 4 2 ，u m c 2 0 0 5a n dp h i 0 2 1 ，t h ea d d i t i v ee f f e c t sc a ne x p l a i n3 3 4 2 a n d2 8 0 1 o f t h ep h e n o t y p i cv a r i a n c e a l lt h eq t l sw e r ec o n t r i b u t e db yt w op a r e n t s k e yw o r d s ：m a i z e ，s s r ( s i m p l es e q u e n c er e p e a t ) ，d r o u g h ts t r e s s ，q t l ( q u a n t i t a t i v et r a i tl o c i ) 第一部分文献综述 在我国，干旱、半干旱耕地面积约占总耕地面积的5 1 。玉米是旱地作物中需水量最 大，对水分胁迫很敏感的作物之一，干旱严重影响玉米的产量。通过育种途径提高玉米杂 交种的抗旱性和水分利用效率是解决干旱问题的有效途径之一。在这个领域，常规育种发 挥了重要作用，并取得了很大进展。但是研究表明，玉米在干旱环境下的遗传改良潜力还 很大，并且由于常规的抗旱育种方法费时费力。效率不高，在干旱胁迫下产量遗传力和遗 传方差降低。分子育种特别是分子标记辅助选择( m a s ) 与常规育种方法相结合将会大大 提高育种效率，从而加速玉米抗旱育种的步伐。作为分子标记辅助选择的基础，对玉米抗 旱性相关基因进行作图和标记具有重要意义。随着对于玉米干旱胁迫与抗旱机理的生理、 生化以及遗传研究的深入，现己明确抗旱性是由数量性状位点( q t l ) 控制的，对于指导 玉米抗旱品种的改良具有重要的意义。 1 q t l 研究概况 自然界中广泛地存在着质量性状以外的数量性状。如人类的身高、体重、肤色的深浅、 智商等；植物的茎杆高矮，籽粒的重量，种皮的颜色等等。数量性状的变异及表型均为连 一 续的，呈正态分布。1 9 0 9 年，瑞典遗传学家n i l s s o n e h l e 提出“多因子假说”( p o l y g e n e h y p o t h e s i s ) ，以后英国学者k m a t l i e r 提出微效多基因( p o l y g e n e s ) 的概念，以区别于孟 德尔的遗传因子( 基因) 概念。微效多基因假说认为数量性状是受许多微效基因共同影响， 各等位基因对该性状作用相同且可以累加。近几十年来，大量的理论研究和实验结果表明， 真实的数量性状既受数目较多的微效基因( m i n o r g e n e s ) 的影响，还受一个或少数几个起 主导作用的主效基因( m a j o rg e n e ) 的影响，即是一种主基因+ 多基因的混合遗传( m i x e d i n h e r i t a n c e ) 模式。g e l d e r m a n n ( 1 9 7 5 ) 将这些对数量性状的变异有较大影响的单个基因或 紧密连锁的基因簇统称为q t l s ( q u a n t i t a t i v e t r a i t l o c i ) ( 参阅徐云碧，1 9 9 4 ，盖钧镒2 0 0 3 ) 。 目前，通过构建高密度遗传图谱，在整个基因组范围内检测影响数量性状的q t l 并估计其 效应，为植物品种改良奠定基因型的分子操作基础。 1 1 q t l 的遗传特征 q t l 为基因组上具有一定功能的染色体片段，相对于孟德尔基因座来说结构比较松 散，基因的重组率较高。q t l 的效应值( a ) 用对应于两种纯合基因型值一半的标准差( s d ) 米度量，即1 2 ( a a m a a ) ，当a = 0 5 s d 时，认为该q t l 具有中等效应。q t l 效应a 0 5 s d 时有一定的定位研究价值。通常一个数量性状具有的q t l 数目不会太多( 一般为4 - 8 个) ， 而且这些q t l 不是等效应的，多数0 t l 具有加性效应( a d d i t i v ee f f e c t s ) 和显性效应 ( d o m i n a n te f f e c t s ) ，且加性效应远大于显性效应。超显性效应( o v e r d o m i n a me f f e c t s ) 和 上位效应( e p i s t a t i ce f f e c t s ) 只在少数的q t l s 中才存在，然而大多数玉米产量q t l 普遍 存在超显性效应( 兰进好等，2 0 0 5 ) 。每个q t l 对该数量性状的效应只解释表型变异的 部分，并且它的表达受其它基因、q t l 和环境互作的影响( p a r a n & z a m i r ，2 0 0 3 ) 。 1 2 遗传图谱 1 2 1 分子标记种类 遗传标记( g e n e t i cm a r k e r ) 主要经历了形态学标记、生化标记、蛋白标记和分子标记 几个阶段。分子标记( m o l e c u l a rm a r k e r ) 是一种以d n a 多态性为基础，用于连锁q t l 分 析的遗传标记。具有良好的多态性、高的基因组富含量、等位基因的共显性、遗传稳定性 以及对性状影响的中效性和容易检测等特性。目前所有分子标记大体归纳为三类：基于分 子杂交技术的标记、基于p c r 技术的标记和基于d n a 芯片技术的标记，基于p c r 技术的 标记又可依据p c r 所用引物类型分为目标序列p c r 检测( 特异引物) 和随机p c r 检测( 随 机或半随机引物，较短) 两类( 见表i i ) 。 1 2 2 s s r 分子标记 s s r ( s i m p l es e q u e n c er e p e a t ，s s r ) 指在真核和绝大多数原核生物基因组上存在的一 个或几个碱基次数可变的串联重复序列( s h o r tt a n d e mr e p e a t ，s t r ) 。由于不同基因型的 s t r 重复次数不同，形成s s r 座位的多态性。每个s s r 座位两侧多为相对保守的单拷贝 序列，可以根据两侧序列设计特异引物以扩增s s r 序列。经电泳比较扩增条带的迁移距离， 可得不同个体在某s s r 座位上的多态性。k a t t i 等( 2 0 0 1 ) 发现玉米e s t 序列平均7 5 k b 就含一个s s r 。到2 0 0 6 年4 月( h t t p ：w w w m a i z e g d b o r g ) 公布的来源于玉米基因组全序 列的s s r 引物为1 8 8 0 对，来源于基因序列的s s r 引物为1 8 0 对。在构建s s r 图谱的基础 上通过寻找与目标性状紧密连锁的标记，使分子标记辅助选择( m a r k e ra s s i s t e ds e l e c t i o n ， m a s ) 甚至克隆分离相关基因及q t l 成为可能。 2 表1 1 分子标记种类 t a b l e1 1m o l e c u l a rm a r k e rs y s t e m m o l e c u l a rm a r k e r r e f e r e n c e d n ah y b r i d i z a t i o nb a s e dm e t h o d s r f l p ( r e s t r i c t i o nf r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m ) v n t r ( v a r i a b l en u m b e ro ft a n d e mr e p e a t s ) b o t s t e i n ，1 9 8 0 n a k a m u r a ，1 9 8 7 p c rb a s e dm e t h o d s a r b i t r a r y ( o rs e m i a r b i t r a r y a p p c r ( a r b i t r a r yp r i m e d a f l p ( a m p l i f i e df r a g m e n t ) p r i m e dm e t h o d s p c r ) l e n g t hp o l y m o r p h i s m ) d a f ( d n aa m p l i f i c a t i o nf i n g e r p r i n t i n g ) d a m d ( m i n i s a t e l l i t e r e g i o np c r ) s p a r ( s i n g l ep r i m e ra m p l i f i c a t i o nr e a c t i o n ) r a p d ( r a n d o m l ya m p l i f i e dp o l y m o r p h i cd n a ) s i t e t a r g e t e dp c r a s p c r ( a l l e l es p e c i f i cp c r ) c a p s ( c l e a v e da m p li f i e dp o l y m o r p h i cs e q u e n c e ) s s r ( s i m p l es e q u e n c er e p e a t s ) s c a r ( s e q u e n c ec h a r a c t e r i z e da m p l i f i e dr e g i o n s ) s s c p ( s i n g l es t r a n dc o n f o r m a t i o np o l y m o r p h i s m ) w e l s h 1 9 9 0 z a b e a u ，1 9 9 3 c a e t a n o - a n o l l e s ，1 9 9 1 h e a t h ，1 9 9 3 g u p t a ，1 9 9 4 w i l lj a m s 1 9 9 0 n i c h o l a s ，1 9 8 9 a k o p y a n z 1 9 9 2 b e c k m a n ，1 9 9 0 p a r a n ，1 9 9 3 h a y a s h i ，1 9 9 2 d n ac h i p 、b a s e dm e t h o d s s n p ( s i n g l en u c l e o t i d ep o l y m o r p h i s m )w a n g ，1 9 9 8 3 prim婷pramerr ! 西墨竭蛰虱蛰虱圃蜀竭习二二 _ 兰违巫巫巫巫巫匹亚仁b = 毛甄斑匝巫巫巫耍耍亚墅西函匦丑蛰冒目= c 丑c 图1 1s s r 标记多态性分析示意图( 方宣钧等，2 0 0 1 ) f i g u r e l 1p o l y m o r p h i c a n a l y s i so f s s r m a r k e r a ，b 。c 分别代表不同基因型；a ，1 3 ，cr e p r e s e n t d i f f e r e n t g e n o t y p e s ，r e s p e c t i v e l y 作图群体 理想的遗传群体是q t l 分析成功的关键，根据其遗传稳定性，可将作图群体分成两大 类：一类为暂时性分离群体，如f 2 、f 3 - 、f 4 、b c 、三交群体等；另一类为永久性分离群体， 如p d l 、n i l 、d h 群体等，这些群体各有其优缺点( 毛传澡等，1 9 9 9 ；方宣钧等，2 0 0 1 ： 席章营等，2 0 0 1 ) 。 1 2 3 1k 2 群体 迄今，多数植物的连锁图谱都是用f 2 群体构建的。除自交不亲和外，f 2 容易配制，两 个纯合自交系杂交再自交一次就得到f 2 群体。f 2 群体中两亲本的纯合基因型和杂合予基因 都得以表现，因此提供的遗传信息最为丰富，同时可以估计加性和显性效应。但对于显性 标记无法识别纯合与杂合基因型，这种基因型信息简并现象会降低作图精度。 1 2 3 2r i l 群体 r i l 群体一般由f 2 单株种子采用单粒传方法，经8 1 2 代自交获得。多代自交后，绝 大多数基凶己纯合，故可稳定保存。在不断自交的过程中，染色体重组的机会增加，位点 间的重组率增大可以提高作图的精度，更精确地定位那些紧密连锁的位点。玉米中己构 建了多套r i l 群体，在玉米重要农艺性状的q t l 解析起到了重要作用。但是构建r i l 群 体花费巨大，而且该群体不能估计显性效应。 表1 2 几种作图群体的特点 t a b l e l 2c h a r a c t e r i s t i co f d i f f e r e n tp o p u t m i o n s f 2 ：f 2 群体，b c ：回交群体，d h ：双单倍体，r i l ：重组白交系，l l ：导入系，n i l ：近等系。c s s l ： 染色体片段代换系，s s s l ：单片段代换系 f 2 ：s e c o n di n b r e e dl i n e ，b c ：b a c k c r o s s ，d h ：d o u b l eh a p l o i d ，r i l ：r e c o m b i n ei n b r e e dl i n e ，i l ： i n t r o g r e s s i o nl i n e ，n i l ：n e a r - l s o g e n i cl i n e ，c s s l ：c h r o m o s o m es e g m e n ts u b s t i t u t i o nl i n e s s s l ：s i n g l e s e g m e n ts u b s t i t u t i o nl i n e 1 2 3 3n i l 群体 n i l 群体是由y o u n g ( 1 9 8 8 ) 和m u c l m o r e ( 1 9 8 8 ) 最早提出来的。其基本特征是整个 染色体的绝大部分区间完全相同，只在少数几个甚至一个区间存在差异，因此，它能使整 个基因组阁的多个q t l 分解为一个或几个q t l 分离，消除其他背景干扰和主效q t l 对微效 q t l 效应的掩盖作用，精确定位q t l 。但也j 下由于群体内基因型一致性，不能估算显性效 应。对于效应大的q t l ，获得n i l 的途径是建立染色体片段代换系，先对目标q t l 初步定 位，再利用回交方式通过连锁标记进行跟踪选择。另外一种获得n i l 的途径就是分子标记 s 法，对重组自交系f 6 或f 。单株进行全基因组位点扫描。把含杂合位点的单株挑选出来，若 该位点的存在与性状相关，通过自交即可得到该位点的n i l 。王泽立等( 2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) 建 立了玉米r f 3 近等基因系并筛选与r f i 基因紧密连锁的分子标记用于辅助回交育种。 1 2 4 玉米遗传图谱 染色体的交换和重组是构建遗传图谱的理论基础。可以用重组率表示基因问的遗传距 离。图距单位用厘摩( c e n t i - m o r g a n ，c m ) 表示，1 个c m 约为1 重组率。玉米核基因组由 1 0 条染色体组成，相应的遗传连锁图由1 0 个连锁群构成。由于玉米基因的高度多态性使 其成为很好的作图对象。h e l e n t j a r i s 等于1 9 8 6 年发表了第一张含有1 1 3 个位点，覆盖全基 因组的玉米r f l p 分子标记连锁图。此后，c o e 等( 1 9 8 7 ) ，b u r r 等( 1 9 8 8 ) 和g a r d i n c r 等( 1 9 9 3 ) 分别构建了基于玉米f 2 群体，重组近交系群体和永久f 2 群体的i 心l p 分子标 记连锁图谱。s h a r o p o v a 等( 2 0 0 2 ) 在玉米基因组文库中开发了1 0 5 1 对s s r 引物，并用其 中的9 7 8 对引物构建了玉米s s r 分子图谱。如今，已构建了许多分子标记连锁图谱用于复 杂数量性状的定位及分析。其中有多个作图群体涉及到玉米抗旱方面( - f u b e r o s ae ta l ， 2 0 0 2 ) 。 1 3 q t l 定位 1 3 1 q t l 定位原理 q t l 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问存在显著差异，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q t l 之间的互作效应( t a n k s l e y ，1 9 9 3 ) 。q t l 定位的基 本步骤是；选择两个在目标性状等位基因间存在差异的亲本材料，创造一个作图群体，分 析群体中每个个体的表型和多位点基因型，构建一定饱和度的遗传图谱，通过连锁分析确 定q t l 在染色体上的相对位置，估计q t l 的有关遗传参数( m a u r i c i o ，2 0 0 1 ) 。 1 3 2 。 q t l 定位方法 2 0 世纪8 0 年代以来，先后发展y 2 0 多 ? p q t l 作图的统计方法。根据分析中利用的标迎 基因座数可分为单标记分析法( s i n g l em a r k e ra n a l y s i s ) ，区闯定位法( i n t e r v a lm a p p i n g ，i m ) 和复合区间定位法( c o m p o s i t ei n t e r v a lm a p p p i n g ，c i m ) 。此外，还有将不同方法结合起来 6 的综合分析方法，如混合线性模型复合区涮定位( m i x e dl i n e a r m o d e lm e t h o d m l m m ) ， 多区叫定位方法( m u l t i p l ei n t e r v a lm a p p i n g ，m i m ) 和多性状定位方法( m u l t i p l e t r a i t m a p p i n g ，m t m ) 等等。 1 3 2 1单标记分析法 这是q t l 定位早期使用的一种统计方法( w e l l e r ，1 9 8 6 ) ，它通过方差分析，极大似 然分析或回归分析比较不同标记基因型数量性状均值的差异。如果存在显著差异，则说明 控制该性状的q t l 与标记连锁。该方法简便、直观、适应性强、又不需要完整的分子标记 连锁图谱，但也存在明显的缺点：( 1 ) 检测到的q t l 通常不会正好落在标记所在的座位上， 从而导致对该q t l 位置和效应估计的偏差：( 2 ) 不能确定标记是与一个或者几个q t l 连 锁：( 3 ) 不能单独估计q t l 效应和重组率，( 4 ) 定位所需群体大，定位效率较低容易出 现假阳性。 1 3 。2 2区间定位法 鉴于单标记分析法所存在的明显问题，j e n s e n ( 1 9 8 9 ) 、l a n d e r 和b o t s t e i n ( 1 9 8 9 ) 分 别提出了区间定位法，也称侧翼标记分析法( f l a n k i n gm a r k e ra n a l y s i s ) 。该方法借助完整 的分子标记连锁图谱，用正态混合分布的最大似然函数和简单回归模型，计算全基因组任 一对相邻标记之f 1q t l 是否存在的似然函数比值的对数( l o d 值) 。当l o d 值超过某一 给定的临界值( l o d = 2 或3 ) 时，即认定q t l 存在。根据整个染色体上各座位处的l o d 值，可以标出某一数量性状的所有可能q t l 座位。区问定位法可用的数学模型及统计分析 方法有回归法、最大似然法、最小二乘法等。当每一条染色上只有一个q t l 且q t l 的效 应满足加性一显性模型时，区间定位法能对q t l 的位置和效应作出较准确的估计，但是如 果区间之外附近仍存在q t l 的话，它的统计效率将降低。同一连锁群内的q t l 会影响检 验结果，导致假阳性，或造成q t l 定位和效应估计出现偏差( j a n s e n ，1 9 9 3 ) 。 1 3 2 3复合区间定位法 为了解决上述两种定位方法不能同时处理多个q t l 的问题，j a n s e n ( 1 9 9 3 ) 和z e n g ( 1 9 9 3 ) 分别提出将区问定位法和多元回归分析结合定位q t l ，这就是复合区问定位法， 又称多标记q t l 定位法，是一种基于全基因组的所有标记进行q t l 定位及效应分析的作 图方法。c i m 法以单区间定位法为基础，利用多元线性回归分析的性质，在假定不存在上 7 位性效应和基因型与j ；i = 境的互作效应的条件下，把特定标记区问外的其它标记拟合到模型 中，以控制背景遗传效应，提高作图精度。用类似于单区间作图的方法，计算各参数的l o d 值及显著性，绘制各染色体的似然图谱，标出各q t l 的可能位置。图1 _ 2 最示了单标记分 析法、区间定位法与复合区间定位法在定位o t l 上的不同。 r _ _ 一s i n g l em a r k e rf l a p p i n g m 0 i n t e r v a lm a p p i n g m i r 1 qr 2h 2 、 _ l 上一上lc 。邱。s i t e i n t e r v a lm 卵p i n z qq 图1 2 三种q t l 作图方法比较 f i g u r e l 2i l l u s t r a t i n gt h r e ed i f f c r c n lq t lm a p p i n gm e t h o d s 注： 黑色直线代表染色体：q ：假定o t l ；m ：与假定q t l 连锁的标记； r 遗传距离n o t e s ：b l a c k l i n er e p r e s e n t sc h r o m o s o m e ；qr e p r e s e n t sp u t a t i v eq t l ；mr e p r e s e n t sm a r k e rl i n k e dt ot h i sp u t a t i v eq t l ；r r e p r e s e n t sg e n e t i cd i s t a n c e 1 3 2 4混合线性模型法 为了估计q t l 之间的上位性及q t l 与环境的互作效应，j i a n g 和z e n g ( 1 9 9 5 ) 将c i m 方法扩展到多个性状与多重环境，朱军( 1 9 9 8 ) 提出了基于混合线性模型的复合区间作图 法，该法用随机效应的预测方法获得基因型效应及基因型环境互作效应的预测值，用单 区间或复合区间定位法进行遗传主效应及基因型环境互作效应的q t l 定位分