玉米穗粗杂种优势位点的初步定位

王丹丹，李卫华，时夏，刘坤，郭海平，闫鹏帅，谢惠玲，白琪林

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031；3.河南农业大学农学院，省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室，河南郑州450002）

玉米穗粗杂种优势位点的初步定位

王丹丹1，2，李卫华3，时夏3，刘坤3，郭海平3，闫鹏帅3，谢惠玲3，白琪林2

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031；3.河南农业大学农学院，省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室，河南郑州450002）

以玉米自交系C7-2为供体、lx9801为受体所构建的一批含有杂种优势位点的单片段代换系10su076-3为材料，利用供体染色体片段（C7-2）两端的纯合分子标记对单片段代换系与轮回亲本lx9801构建的BC7F2分离群体的单粒胚乳进行分析，筛选含有穗粗杂种优势位点的交换单株，主要目的是对控制穗粗杂种优势的位点进行定位。通过对不同交换单株与自交系郑58的杂交组合、对照杂交种鲁单9002的穗粗表型进行鉴定，最终将控制穗粗杂种优势位点定位在2号染色体上2.04 bin。

玉米；穗粗；杂种优势位点

玉米是我国重要的粮食作物，提高玉米产量是育种家的育种目标[1]。而玉米的单株产量受穗行数、行粒数、百粒质量3个主要因子的影响，鉴于穗行数与穗粗呈正相关，因此，可以通过增加穗粗使得穗行数也增加，进而提高玉米的产量[2]。韩立军等[3]对玉米穗粗进行了研究，结果发现，穗粗的遗传为超显性遗传，显性基因为增效基因；如果母本为长筒穗型Mo17，父本为粗穗型340，更容易得到粗穗、大穗型的玉米品种。张怀胜等[4]选取了2个组合的6个世代对玉米穗粗的遗传模型进行分析，结果表明，PH6WC/7873组合的穗粗为加性—显性—上位性多基因混合遗传模型，而MX002/MS001组合的穗粗为1对加性主基因+加性—显性多基因混合遗传模型。VELDBOOM等[5]利用RFLP分子标记的方法对自交系Mo17×H99的150个F2∶3家系进行定位，结果检测到4个控制穗粗的QTL。代国丽等[6]将控制玉米穗粗的QTL位点定位到第10染色体的umc1962和umc1152之间。BEAVIS等[7]对B73× Mo17的F2∶4后代进行检测，结果也检测到了控制穗粗的QTL。SABADIN等[8]对400个F2∶3家系进行检测，结果检测到5个控制穗粗的QTL。

杂种优势普遍存在于各类农作物中[9-10]。前人对杂种优势的研究数不胜数[11-12]，汤继华等[13]利用单片段代换系的测交群体对玉米产量相关性状的杂种优势位点进行定位，结果检测到64个与产量相关的杂种优势位点，其中，有23个在2个环境中都可以检测到，包括4个与穗长有关的杂种优势位点，4个与穗粗有关的杂种优势位点，4个与穗行数有关的杂种优势位点，7个与行粒数有关的杂种优势位点，4个与产量有关的杂种优势位点。郭战勇等[14]利用单片段代换系的测交群体对玉米籽粒性状相关的杂种优势位点进行定位，共检测到75个杂种优势位点，有11个在2个环境中都可以检测到。张祖新等[15]利用染色体单片段代换系对玉米产量相关的QTL位点进行定位，共检测到22个与产量相关的QTL位点，其中，有11个是控制穗行数的QTL，4个是控制穗长的QTL，7个是控制行粒数的QTL。尽管前人对玉米的穗粗进行了大量的研究，但目前对控制玉米穗粗基因克隆的报道还很少，所以，研究控制玉米穗粗的QTL位点将对育种家选育高产玉米品种起到指导作用。

本研究在前期工作的基础上，通过对分子标记的开发，筛选包含穗粗杂种优势基因的供体染色体区段（C7-2）与受体染色体区段（lx9801）的交换单株，并且结合杂交组合与对照杂交种穗粗表型的田间鉴定，从而实现对穗粗杂种优势基因位点的初步定位。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料为以C7-2作供体亲本、lx9801作受体亲本，经过7个世代的回交和2个世代的自交，构建的107份以lx9801为遗传背景的C7-2染色体单片段代换系群体。

1.2 田间表型的鉴定

将通过标记跟踪选择出含有目的基因的单片段代换系与郑58进行测交，将构建的含有控制穗粗杂种优势位点的测交群体（CSSSLs×郑58）和对照种鲁单9002（郑58×lx9801）分别种植在河南长葛县和浚县试验田，每个试点采取相同的田间管理方式，采取完全随机区组设计的方法[16]，3个重复，单行区，行长为4 m，每行大约为15株。为了保证定位结果的准确性，每隔5行种植一行对照种鲁单9002[17]。等到成熟后每行收取10个穗子，自然晾干后对每个穗子进行考种，分别测量每个穗子的单穗粗和单轴粗[18-19]。如果鉴定的穗粗性状明显大于对照，则认为该单片段代换系含有目的基因，而后再进行下一步的工作。

1.3 数据处理

运用统计学软件SPSS 18.0对考种数据进行分析[20]。以鲁单9002（郑58×lx9801）穗部的测量数据为对照，对含有控制穗粗杂种优势位点的测交群体（CSSLs×郑58）穗部的测量数据进行方差分析，若P≤0.05，则认为该供体片段含有控制穗粗杂种优势的位点。

1.4 DNA提取

叶片DNA的提取采用改良的SLS法[21]，胚乳DNA的提取采用NaOH裂解法[22]。

1.5 SSR反应程序

1.5.1 PCR的反应体系和反应程序PCR的反应体系和PCR的反应程序参考VANDANA[23]文献中所提到的方法。

1.5.2 扩增产物检测用聚丙烯酰胺凝胶（6% PAGE）电泳对扩增的DNA产物进行检测[24]。

1.5.3 SSR分子标记数据收集本研究中分子标记的筛选和片段的跟踪是关键，由于利用的是高级作图群体单片段代换系，所以筛选分子标记的过程中只需进行亲本间的比较即可，将C7-2的带型记为2，lx9801的带型记为1，杂合带型记为3，进行PAGE电泳数据分析，判断亚单片段代换系长度。

2 结果与分析

2.1 交换单株的筛选和杂交组合的组配

对2014年组配的群体BC7F2进行交换单株筛选，通过田间取样叶片DNA提取，共筛选了3 000份分离群体，筛选出交换单株72份，并对其片段长度进行检测，获得72份材料的代换片段长度，这些亚单片段材料作为父本与郑58构建测交群体；2014年海南加代期间与lx9801回交构建BC8F1群体；2015年夏播时，将这些回交F1的分离群体自交，从而构建回交F2群体，使BC8F2群体数量达到3.5万份；2015年夏天，在试验地长葛和新乡，分别种植鉴定群体，以进行表型的调查统计分析，从而确定穗粗杂种优势位点可能存在的位置。

2015年秋季对2014年冬季的测交群体完成了考种，通过重叠群分析，确定了穗粗杂种优势位点所在的片段的长度，以及此片段左右两侧的标记的物理距离，并通过不同位置上的标记将夏季自交组配的3.5万份BC8F2分离群体进行了分类，结合秋季的考种结果和交换单株的基因型信息，挑选出BC8F2群体中含有穗粗杂种优势位点的群体材料进行大群体筛选，最终完成初步定位。

2.2 表现型的结果分析

2015年夏天在长葛和新乡2个试验地，分别种植BC7F2交换单株的测交群体。将每份测交材料（CSSLs×郑58）分别与临近对照（lx9801×郑58）进行比较，分析测交后代与对照间穗粗差异是否显著，具体分析结果如表1所示。

表1 含有穗粗杂种优势位点的不同次级单片段代换系测交后代与对照间穗粗的差异比较

从表1可以看出，14SS5316-4，14SS5316-5，14SS5315-8的测交后代在不同的2个试验点种植与邻近对照进行比较，穗粗性状均存在显著性差异（图1），可以确定这些亚单片段代换系的代换片段上都有玉米穗粗杂种优势位点。值得注意的是，同样的材料在长葛点差异只达到了显著水平（P＜0.05），而在浚县则均表现出极显著差异（P＜0.01），可能是因为地力差异导致，长葛在河南地区属于中低产田，而浚县则属于高产田，即环境差异对于杂种优势的强弱具有一定的影响力，说明杂种优势的强弱程度与环境相关。

数据分析发现，这3份材料虽然在目标性状穗粗上与对照相比都存在显著性差异，但是在一年2点的田间鉴定中穗轴性状与对照相比也存在一定的差异，表2的数据说明穗粗存在显著性差异，原因可能是由于轴粗差异导致，但是在长葛试验点14SS5316-5，14SS5315-8与对照相比，轴粗性状上均无显著性差异，说明轴粗对于穗粗性状有一定的贡献，但是效应微小，尤其是在地力较差的试验点，对穗粗没有贡献。

表2 含有穗粗杂种优势位点的不同次级单片段代换系测交后代与对照间的穗轴粗差异比较

2.3 玉米试验材料重叠群的分析

对不同材料的基因型信息进行统计分析，结果如图2所示。图2显示的含有代换片段的位点为黑色，不含代换片段的部分为白色，通过分析不同材料的表型数据，再结合重叠图比对的结果，可以发现，图2箭头所示片段含有穗粗杂种优势位点。

3 讨论

对于杂种优势分子机理的研究仍然停留在假说阶段[25]，目前为止还没有一个定论，故揭示杂种优势的分子机理对于人类认识这种自然现象有着重要的指导意义[26-27]。

本研究通过分子标记的开发和通过对CSSLs构建的回交F2分离群体的分析，将目标片段假设的锚定在300 kb左右。初级单片段的片段长度为1 400万bp，通过分子标记的跟踪和分割，将大片段分割为3个300 kb左右的小片段，具体目的基因的位置位于哪个亚单片段代换系，需要对亚单片段代换系与自交系郑58的测交群体与对照鲁单9002的田间表型进行鉴定。由于表型鉴定方面的不稳定性，为目的片段的确定设置了障碍，所以我们通过一年多点的方法去消除这些误差。为了进一步提高定位的准确性，每隔5行种植1行对照。

本研究所选用的基础材料是一套以lx9801为背景的C7-2单片段代换系，因此，经过试验筛选出的差异性状的材料，除了在供体片段上与自交系lx9801存在差异外，其他的遗传背景一致，一旦发现差异性状均可认为是由代换片段引起的，排除了不同环境和不同遗传背景对杂种优势表型鉴定的影响，这些优势条件都为杂种优势的研究提供了便利和可靠的保障，也为在单基因水平上揭示杂种优势的形成机理提供了条件[28]。

本研究只是初步将控制穗粗的杂种优势位点定位在第2染色体2.04 bin，接下来还需要进一步扩大含有穗粗杂种优势位点的测交群体，参考B73序列设计SSR引物，筛选出lx9801与C7-2有差异的标记，通过几轮的回交和测交，最终将含有穗粗杂种优势位点的片段定位到某一区段。

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Preliminary Mapping of Heterotic Loci for Ear Width in Maize

WANGDandan1，2，LI Weihua3，SHI Xia3，LIUKun3，GUOHaiping3，YANPengshuai3，XIE Huiling3，BAI Qilin2
（1.College ofBioengineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；2.Institute ofCrop Sciences，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；3.College ofAgronomy，Henan Agricultural University，State KeyLaboratoryofWheat and Maize Crops，Zhengzhou 450002，China）

In this study,a set of chromosome segment substitution lines（CSSLs）population,which had the heterotic loci,was constructed using the inbred line lx9801 as the receptor parent and the inbred line C7-2 as he donor parent.The endosperms of BC7F2segregation population was analyzed by homozygous molecular markers at both ends of the donor chromosome fragment（C7-2）. Recombinant,which had the heterotic loci,was screened out,the main purpose ofthis paper was tolocate the heterotic loci controllingthe ear width.Finally,the heterotic loci was located on 2.04 bin of chromosome 2 by identifying the ear width of test hybrid（CSSLs× Zheng58）and CK（lx9801×Zheng58）.

maize;ear width;heterotic loci

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.06

S513

：A

：1002-2481（2017）05-0699-04

2017-01-15

国家自然科学基金项目（31201216）；河南省科技攻关项目（152102110062）；山西省自然科学基金项目（2014011004-2）

王丹丹（1990-），女，山西柳林人，在读硕士，研究方向：玉米遗传育种。白琪林为通信作者。