玉米籽粒含水量相关性状QTL定位

李露露　张磊　崔敏　邓德祥　刘欢欢　任姣姣　李志鹏　印志同

摘要：玉米籽粒含水量与玉米机械化收获密切相关。定位玉米成熟后籽粒含水量相关性状位点对利用分子标记辅助选择开展宜机械化收获玉米品种选育和克隆相关基因具有指导意义。利用RA×M53重组自交系为试验材料，在2个大田种植条件下，测定玉米成熟后籽粒含水量以及与籽粒含水量相关的果穗苞叶数、苞叶长等性状，利用已构建的遗传图谱进行数量性状位点（QTL）分析，共检测到15个相关的QTL，LOD值为2.52～6.71，其中，位于第1、6、9号染色体上的qGm1-1、qGm6-1、qBl9-1、qGm9-1在2个环境下均稳定表达。

关键词：玉米;重组自交系;籽粒含水量;数量性状位点

中图分类号： S513.03文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）09-0093-03

由于我国农村劳动力向城镇转移，农业种植方式和产业结构发生显著变化，玉米机械化收获已成为发展方向。玉米成熟后的籽粒含水量与玉米籽粒机械化收获密切相关。籽粒的含水量过高，直接进行机收脱粒，不仅籽粒易破损，导致产量损失，还增加了烘干成本[1-2]。研究表明，玉米籽粒适宜机收的含水量应低于27%，但我国目前生产上应用的大多数玉米品种成熟后的籽粒含水量在30%～40%之间[3]。因此，迫切需要选育成熟后籽粒含水量较低的玉米品种。

玉米成熟后籽粒含水量在不同品种间存在遗传差异。刘思齐等以东北地区最有代表性的4个玉米品种为试材[4]，对籽粒含水量相关性状比较分析发现，先玉335籽粒含水量最低，果穗风干速度快，适合机收。随着分子标记和数量性状位点（QTL）定位技术发展，目前已发现超过40个与玉米籽粒含水量相关的QTL[5-9]。但含水量相关性状是复杂的数量性状，受遗传材料和环境的影响较大，已有的定位结果不尽一致，只有在多个环境和多种遗传材料中都稳定表达的QTL对育种工作才具有较大利用价值。另外，玉米雌穗的苞叶特征影响籽粒含水量。苞叶层数少、长度适中而蓬松的玉米品种生育后期籽粒脱水速率快，成熟后的籽粒含水量通常较低[10-11]。迄今，同时定位籽粒含水量和苞叶性状QTL的研究还比较少。

本研究以1套包含242份家系的玉米重组自交系群体为材料，在2个大田种植条件下，同时定位成熟后玉米籽粒含水量、苞叶数和苞叶长等性状QTL，并与其他研究结果进行比较，以期发现影响籽粒含水量的关键QTL，为利用分子标记辅助选择开展宜机械化收获玉米品种选育和克隆相关基因提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以玉米自交系RA和M53为亲本配制组合，从F2代采用单粒传法连续自交，构建了一套包含242个家系的重组自交系群体。该群体的SSR图谱全长1 367 cM，包含916个分子标记，标记间平均距离1.5 cM，较好地覆盖了玉米的10条染色体[12]。

1.2 田间试验及表型鉴定

2015年冬季在海南省江苏南繁中心、2016年春在江苏省扬州大学农学院试验田分别种植RA×M53重组自交系群体。采用随机区组设计，重复2次，单行区，每行种植10株，行长3 m，行距0.55 m，株距0.25 m。田间水肥管理同常规大田。

为了减少玉米生育期以及环境因素对试验造成的影响，在玉米雌穗未吐丝前选择生长一致的植株套雌穗，待花丝抽出后，统一进行人工授粉，挂牌标记授粉日期[13]。授粉后 45 d 对统一授粉植株进行田间观察，选取苞叶黄度一致、乳线移近籽粒基部的玉米果穗进行后续试验[14]。2015年挑选了符合上述标准的194个家系，2016年挑选了177个符合上述标准的家系。选取的家系每行随机取3株标记植株，用艾格瑞水分仪SH-02（深圳市艾格瑞仪器有限公司）测定标记的植株籽粒含水量，重复2次。摘取对应标记植株玉米果穗，由外向内拨开苞叶，计数苞叶张数。用直尺量取拨开苞叶的长度。

1.3 数据处理及玉米籽粒含水量相关QTL定位

本研究运用SPSS 25.0对重组自交系群体的各性状进行表型描述性分析和相关分析。每个性状计算各家系平均值进行QTL定位。采用R软件的QTL软件包，复合区间作图法，结合分子标记和表型数据，以LOD阈值为2.5、逐步回归概率P<0.001、步进区间为1 cM进行加性QTL定位。

2 结果与分析

2.1 籽粒含水量相关性状表型分析

分别对亲本RA、M53和重组自交系群体成熟后的籽粒含水量、苞叶数、苞叶长度等性状进行测定。通过比较2个亲本表型发现，所调查的3个性状均存在显著差异（表1）。从重组自交系群体调查的性状频数分布来看，均出现一定数量的超亲类型，且是双向超亲分离，呈近似正态分布，2年均呈现类似的特征，表明这些性状为多基因控制的数量性状（图1）。

相关分析发现，果穗苞叶数、苞叶长与籽粒含水量均存在极显著的正相关（表2），2年表现出相同的趋势。表明这2个性状对玉米的籽粒含水量有一定程度的影响。基于这2个性状与含水量间的相关关系，有必要进一步研究它们的遗传特性。

2.2 成熟后籽粒含水量相关QTL定位结果

利用R软件的QTL复合区间作图法在全基因组范围对重组自交系群体在2015年海南和2016年扬州的苞叶数、苞叶长度、成熟后的籽粒含水量3个性状进行QTL定位。2年共计定位到15个QTL，这些QTL分别位于1、3、4、5、6、7、9染色体上，其中2015年海南定位到11个QTL，2016年扬州定位到8个QTL，2年共同定位到的QTL有4个。

2个环境共检测到7个与苞叶长相关的QTL（表3），分别为qBl1-1、qBl3-1、qBl4-1、qBl5-1、qBl7-1、qBl7-2、qBl9-1，解释的表型变异为2.34%～10.25%。其中在2016年扬州定位到的qBl3-1表型贡献率达到了10.25%。位于9号染色体上的qBl9-1在2015海南和2016扬州2个环境下穩定表达，由来自母本RA的等位基因起增效作用，可解释的表型变异为2.34%～5.50%。

2个环境共检测到4个与苞叶数相关的QTL（表3），分别为qBs1-1、qBs3-1、qBs4-1、qBs6-1，可解释的表型变异为1.14%～6.34%，除了qBs4-1是由父本的等位基因起增效作用，其余的3个QTL都由母本的等位基因起增效作用。

2个环境共检测到4个与成熟后籽粒含水量相关的QTL位点（表3），分别为qGm1-1、qGm4-1、qGm6-1、qGm9-1，这些QTL可解释的表型变异为2.19～9.28%。其中位于1、6、9号染色体上与含水量相关的qGm1-1、qGm6-1、qGm9-1在2015海南和2016扬州2个环境下都能够稳定表达。qGm1-1、qGm9-1由来自母本RA的等位基因起增效作用，qGm6-1由来自父本M53的等位基因起增效作用。

3 讨论与结论

已有研究表明，玉米的苞叶数、苞叶长度与成熟后籽粒含水量呈显著正相关关系，苞叶数目越多、越长，成熟后籽粒含水量相对越高[10-11]。本研究在2年测得的苞叶数、苞叶长度与成熟后籽粒含水量呈极显著正相关，与已有研究结果一致。本研究发现控制苞叶长的qBl4-1与控制含水量的qGm4-1置信区间重叠;控制苞叶数的qBs6-1与控制含水量的qGm6-1置信区间重叠，说明控制他们的基因是一因多效或是在染色体上紧密连锁。在新品种选育上可以适当选育苞叶少且短的玉米品种。

本研究发现4个在2年环境中都稳定表达的QTL，分别为qBl9-1、qGm1-1、qGm6-1、qGm9-1。其中，qGm9-1与Sala等定位的与籽粒含水量相关的QTL9/34置信区间重叠[7]，因此，该QTL可能具有较大研究利用价值，可作为今后利用分子标记辅助选择培育籽粒含水量低玉米品种或克隆相关基因优先考虑的位点。本研究检测到的其他QTL定位区间与前人不重叠，原因可能与试验材料、试验环境有关，也可能是因为这些区间包含新的与籽粒含水量相关的QTL位点。

数量性状的表达是个体基因型和环境条件协同作用的结果。本研究定位到的QTL可解释的遗传变异较小，最高的仅为10.25%，这可能与玉米籽粒含水量相关性状遗传基础复杂，且受温度、密度、降水、湿度等环境因素影响有关[15]。

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