十个玉米群体产量的配合力分析

采用双列杂交遗传交配设计,分析了10个玉米群体产量性状的配合力和杂种优势的关系.结果表明,憨头苞谷、Suwan1、辽旅群体和WBM等4个群体产量的一般配合力效应较高,是优良的群体种质,在育种上具有较大的利用价值.Suwan1×BSSS和Suwan1×Lancaster具有较高的杂交产量及特殊配合力效应值,为两个较优的杂种优势模式.     

玉米杂交种穗部性状的全基因组关联分析

【目的】玉米穗部性状是产量的重要构成因子,利用全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）方法解析玉米杂交种穗部性状的遗传基础、挖掘与穗部性状相关的位点,为功能基因克隆和高产玉米品种培育提供参考。【方法】选用115份来源于陕A群和陕B群的优良玉米自交系和4份国内骨干作为亲本,以基于NCⅡ遗传交配设计获得的442份玉米杂交种为材料构建关联群体,调查2个环境中群体材料的穗长、穗粗、穗行数等8个穗部性状;利用tGBS技术检测亲本基因型,推测出F₁杂交种的19 461个高质量SNP,结合杂交种表型和基因型开展基于加性、显性及上位性模型的穗部性状的全基因组关联分析,并利用公共数据库中玉米穗发育相关组织的转录组数据和基因的注释信息预测候选基因。【结果】表型数据分析结果显示,试验群体的8个穗部性状均符合正态分布,表型变异为3.78%—45.25%。方差分析表明,8个穗部性状的环境效应和基因型效应均呈现极显著水平（P<0.001）,广义遗传力为54.15%—68.89%。同时玉米杂交种穗部性状间呈现显著正相关或显著负相关。利用加性和显性模型分别检测到16个和3个显著SNP,上位性模型检测到79个上位性位点。3种模型检测的显著位点累积解释各性状38.21%—60.69%的表型变异,其中,加性模型检测到的显著SNP累积解释的表型变异为0.00—41.26%,上位性模型检测到的位点累积解释的表型变异为15.18%—45.36%。基于加性和显性模型检测的显著SNP的效应分析发现多数位点呈现加性和部分显性效应,仅2个为超显性。进一步分析发现,7个单SNP和5个上位性位点能够解释5%以上的表型变异。根据SNP的位置以及基因的表达信息预测了17个候选基因。【结论】玉米杂交种穗部性状主要受加性、上位性效应影响,显性效应影响较小;加性和显性模型检测的SNP主要表现为加性和部分显性效应,可通过聚合有利等位基因改良目标性状。     

不同玉米自交系产量性状的配合力分析

[目的]为筛选优质高产的玉米杂交组合提供理论依据。[方法]对6个玉米自交系及其杂交组合的6个产量性状进行配合力分析。[结果]供试品种的6个产量性状的一般配合力表现出正向和负向效应。穗长的一般配合力大小为：NS226〉HAS-2〉鲁1056〉EGM-1〉系1523〉硒4455,穗粗的一般配合力大小为：EGM-1〉KS4455〉HA8-2〉NS226〉鲁1056〉系1523,行粒数的一般配合力大小为：EGM-1〉鲁1056〉NS226〉HA8-2〉系1523〉KS4455,千粒重的一般配合力大小为：HA8-2〉EGM-1〉系1523〉鲁1056〉NS226〉K54455。穗长、穗粗、行粒数和千粒重的特殊配合力变异范围分别为：-2．040～1．968、-0．268～0．406、-4．158～3．933和-19．2～59．9。杂交组合NS226×HA8-2、KS4455×EGM-1、系1523×HAS-2的产量分别为7740、7398和7602kg／hm^2。[结论]不同自交系及其杂交组合的不同性状的配合力不同。一般配合力高的亲本更容易产生特殊配合力高的杂交组合。     

美国先锋玉米杂交种选系的配合力

为了对先锋选系的改良及杂交种选育提供理论依据和参考,按NcⅡ交配设计组配杂交组合,采用8×8部分平衡格子方试验设计进行田间组合鉴定,对9个先锋玉米选系10个性状的配合力进行研究。结果表明:组合间的方差达到极显著水平。9个先锋选系之间各性状一般配合力均达到极显著差异,7个测验自交系各性状一般配合力也达到极显著差异,16个亲本所组配的杂交组合各性状特殊配合力达到显著或极显著差异。先锋选系产量一般配合力最高的是QB662(0.41),测验种产量一般配合力最高的是S273(0.53),特殊配合力最高的是QB1051-1×双M9(0.59),产量最高的组合是QB662×S273(993.3524kg/667m2)。     

基于F1群体的玉米株高与穗位高的全基因组关联分析

株高、穗位高是影响玉米耐密性的重要株型性状,明确玉米株高、穗位高的遗传基础有利于株型改良。基于NCⅡ遗传交配设计,以陕A群和陕B群选育的85个自交系组配的246份F₁群体为材料,进行株型表型评价,同时结合55 951个高质量SNPs标记,对株高、穗位高以及穗位系数进行全基因组关联分析。结果表明：株高、穗位高、穗位系数的遗传力分别为77.68%、77.04%、73.78%,且三者之间存在显著正相关。同时,通过全基因组关联分析检测到7、5、4个SNP与株高、穗位高和穗位系数显著相关,解释1.47%~ 25.27%表型变异。通过候选基因功能注释,共筛选到10个候选基因,涉及植物的生长发育、生物合成、响应非生物胁迫等过程,针对3个共定位区间和热点区间锚定 plt1、 atp2、 ZC3H46、 emp21等为候选基因。可见,通过株型表型鉴定及相关基因的挖掘,可为陕A群和陕B群两个玉米群体的株型改良提供理论基础。     

玉米收获期含水量的配合力分析

本试验以10份黑龙江省第一积温带熟期相近、收获期含水量差异较大的优良自交系为试验材料,采用完全双列杂交设计方法,对玉米收获期含水量进行配合力分析.结果表明,供试10份玉米自交系收获期籽粒含水量的一般配合力方差达到极显著水平,4份自交系表现为负效应,其中吉16、444的负效应较大,在降低玉米收获期含水量的新品种选育中有较大的利用价值;6份自交系表现为正效应,Mo17、B73、81162的效应值较大,在降低玉米收获期含水量的新品种选育中应谨慎使用;90个杂交组合的特殊配合力方差达到极显著水平,其中东5414×81162、B73×东754、东5414×吉16、3189×吉16、B73×Mo17负效应较大;玉米收获期含水量正反交效应间差异极显著,表明玉米籽粒收获期含水量存在母本效应.遗传参数估计表明,玉米收获期含水量的广义遗传力和狭义遗传力均较高,分别达到81.24 %和72.68 %,在后代的遗传中基因的加性效应占主导地位,可早代选择.     

玉米苗期淹水性状全基因组关联分析

以329份来源广泛的玉米自交系为材料,在苗期进行淹水处理,测定耐淹水相关指标,利用Farm CPU模型通过全基因组关联分析方法挖掘玉米苗期耐淹水性状的关联位点。结果表明:玉米苗期淹水处理组与对照有较大差异,各个性状的变异系数普遍偏高,且具有不同的相关性。共检测到49个显著关联位点,其中与SPAD值和株高相关的显著位点较多。依据这些显著位点共预测到18个基因,其中与SPAD值有关的基因有7个。本研究可为解析玉米苗期耐淹水分子机制和培育耐淹水玉米新品种提供理论依据与耐淹水新种质。     

玉米叶绿素含量的全基因组关联分析

目的 叶绿素含量与作物产量呈正相关。通过提高叶绿素含量来提高作物产量是作物育种的方向之一。因此,利用全基因组关联分析（genome-wide association study, GWAS）解析玉米叶绿素含量的遗传基础,可为玉米高光效理想株型设计育种提供理论指导。方法 以538份玉米自交系构成的关联群体为研究对象,在5个环境下,通过对其授粉后5 d的棒三叶（穗位叶、穗上叶、穗下叶）叶绿素含量进行测定,并借助覆盖玉米全基因组的558 629个单核苷酸多态性标记（SNPs）,利用3种模型（Q、K和Q+K）对叶绿素含量进行全基因组关联分析,随后选择最优模型的GWAS结果并结合eQTL（expression quantitative trait loci）分析对叶绿素含量的自然变异进行解析。结果 5个环境下,棒三叶叶绿素含量均遵从正态分布且叶绿素含量间呈正相关;方差分析表明棒三叶叶绿素含量的环境效应、基因型效应、基因型与环境互作效应均达到了极显著水平;此外,穗上叶、穗位叶和穗下叶叶绿素含量的遗传力分别为0.66、0.66和0.67。比较3种模型发现K模型对假阳性（I型错误）控制最好,在此模型下共检测到29个与棒三叶叶绿素含量显著关联的SNP（P≤3.99×10^-6）,涉及到18个位点,共有76个候选基因落在这18个位点内,其中85.5%（65/76）的候选基因具有eQTL,11.8%（9/76）的候选基因与对应表型显著相关（P＜0.05）,说明这9个基因可能是通过表达量变化来调控表型变异。在这76个基因中,60个候选基因有功能注释,功能涉及到能量代谢、物质输送代谢途径和生物合成调节等过程。此外还发现2个可以在不同环境或不同叶片共定位的位点,其中,共定位位点内的基因GRMZM2G074759编码一种与AAE3高度相似的酰基活化酶,该基因通过提高α-酮戊二酸（ALA）和草酰乙酸含量进而影响氨基酸生物合成,提高籽粒赖氨酸含量,改善玉米品质。此外,ALA的合成会促使叶绿素含量升高,进而提高作物产量,推测该基因为最可能的候选基因。结论 K模型对假阳性的控制效果最好,基于K模型,共检测到18个玉米叶绿素含量显著关联位点,发现多个参与叶绿素合成途径相关基因。     

六个玉米自交系的配合力分析

笔者用六个玉米自交系按不完全双列杂交配成9个组合,对其籽粒产量等9个农艺性状的配合力进行了估算和分析。结果表明,除穗位高、籽粒产量的特殊配合力外,其余各性状的一般配合力和特殊配合力都达显著或极显著差异。"304"和"308"两个自交系的综合性状较优,产量比较高的组合是"304×308"和"304×626"。     

玉米籽粒长度的全基因组关联分析

【目的】筛选与玉米粒长紧密关联的SNP标记和候选基因,为分子标记辅助选择籽粒较长的玉米材料及克隆相关的功能基因奠定基础。【方法】以80个核心玉米自交系作为关联群体,在2014年和2015年分别将其种植在吉林省长春市和梅河口市,收获后考种。同时采用Illumina Hiseq PE150高通量测序仪对关联群体进行全基因组重测序,将获得的高质量SNP标记用于后续玉米粒长的全基因组关联分析。【结果】不同玉米自交系的籽粒长度遗传变异较大,广义遗传力为83.67%,说明该性状主要受到遗传因素的控制。经过全基因组关联分析,在4个环境下共检测到16个与玉米粒长显著关联(P10-6)的SNP标记,解释的表型变异率在1.68%~27.61%。其中7个标记位于前人已定位的粒长QTL置信区间内,1个标记在2015年的2个环境中都被检测到。在显著性SNP标记的LD范围内共发掘出GRMZM2G018607、GRMZM2G034882和GRMZM2G322641等3个候选基因,其分别编码ABCF4转运蛋白、WIP2互作蛋白和一个含DUF2346结构域的蛋白质,可能与玉米粒长的发育形成密切相关。【结论】筛选出16个与玉米粒长紧密关联的显著性SNP标记和3个候选基因。     

玉米产量构成因子配合力分析

采用不完全双列杂交设计,对玉米主要性状进行配合力效应分析。结果表明:不同自交系所表现的配合力不同,同一自交系不同性状间和同一性状不同自交系间的配合力存在一定差异;自交系昌7-2、太100、黄早四、05008都是较好的亲本,均可配制出高产的优良组合,其中,昌7-2、太100作父母本均可,黄早四、05008适宜作母本,054092需进一步改良。从产量构成因子配合力分析结果可以看出,尽管不同自交系不同性状的配合力有差异,但根据各因子配合力总和可知,昌7-2、黄早四、太100是高配合力自交系。     

普通玉米与高油玉米杂交产量性状配合力分析

按Griffing双列杂交方法Ⅳ对5个高油玉米与5个普通玉米自交系进行组配,将获得的45个杂交组合进行鉴定,对自交系的穗粗、穗长、单穗粒重、出籽率、行粒数、穗行数、秃尖、百粒重进行配合力分析。结果表明：高油玉米的一般配合力和普通玉米相比,尤其在单穗粒重和百粒重等产量决定因素方面多表现为负值,明显低于普通玉米;综合看来自交系熊掌和苏80—1一般配合力较高,普通玉米和高油玉米杂交组合熊掌×GY101、熊掌×GY246单穗粒重的总配合力效应居二、三位,是可以加以利用的杂交组合,展示了普通×高油组合形式的应用价值。     

玉米自交系性状的遗传差异与杂种优势及特殊配合力的关系

以9个玉米自交系和完全双列杂交设计配制的72个单交种(包括反交)为材料,测定了株高、果穗长等13个植株和穗部性状,用主成份法测定了遗传距离D~2,模拟了遗传距离D~2与杂种优势和特殊配合力的关系,但相关不显著。而用了13个性状差异(两亲本同一性状之差的绝对值)与杂种优势和特殊配合力的相关比较表明:杂种优势与两亲本风干穗重、单穗粒重差异呈极显著负相关,相关值为—0.730,—0.770,与其余性状的差异相关不显著。特殊配合力与两亲本的风干穗重、单穗粒重呈显著负相关,相关值为—0.386,—0.404,与其余性状差异亦不显著。因此,本研究认为选配亲本时应考虑双亲单穗粒重高,且差异小,易奏效。     

玉米灌浆期茎秆抗推力的全基因组关联分析

【目的】通过基因型与表型数据关联分析,检测出与玉米茎秆抗推力相关的SNP位点,发掘出控制茎秆抗推力的候选基因。【方法】以292份玉米自交系组成的自然群体为材料,2015年和2016年在菏泽、枣庄、青州、胶州等地进行茎秆抗推力的测定,并且对株高、穗位高、雄穗长和雄穗柄长进行测定。另一方面,对材料进行取样并提取DNA,由美国先锋良种有限公司利用Maize SNP50基因芯片进行基因分型,该芯片包括55 126个单核苷酸多态性(SNP)标记,去除杂合率大于10%、缺失率大于20%和最小等位基因频率低于0.05的标记,剩余25 331个SNP,运用farm CPU结合基因型对茎秆抗推力表型数据进行全基因组关联分析,检测出与茎秆抗推力显著相关SNP位点,根据SNP所处的物理位置,对标记所在的区间进行定位,从而获得相对应的候选基因。运用SPSS statistics 20.0数据分析软件对株高、穗位高、雄穗长和雄穗柄长进行相关性分析,确定茎秆抗推力与4个性状的相关性。【结果】共检测出16个与茎秆抗推力显著相关的SNP(P0.0001),分别位于染色体框3.06、5.02、4.08、6.04、8.03和9.03。在多个环境中检测到的SNP位点位于相同的染色体框,例如,位于染色体框8.03中的PZE_108026930、SYN19532、PZE_108048987和PZE_108050769,在2015年枣庄和2016年枣庄分别被检测到。位于染色体框3.06的PZE_103111295和PZE_103125327,在2015年青州和2016年枣庄分别被检测到。共获得GRMZM2G504401、GRMZM2G062974、GRMZM2G053767、GRMZM2G348551和GRMZM2G024260 5个候选基因,分别编码几丁质酶A、b ZIP转录因子超家族的蛋白、核糖体40S亚基S4类蛋白X1、可溶性淀粉合成酶2-3、腺嘌呤核苷酸水解酶超家族蛋白。此外,发现茎秆抗推力与株高、穗位高、雄穗长和雄穗柄长有显著或极显著相关性,但是在各个环境中相关关系不稳定,环境可能具有一定的影响。【结论】GRMZM2G062974参与植物在逆境下的表达调控,响应多种非生物胁迫。GRMZM2G348551参与糖代谢途径,调控支链淀粉的合成,与细胞壁的形成有关。GRMZM2G504401在植物中表达受到生物或者非生物胁迫的诱导,从而发挥作用。倒伏会受到自身或多种胁迫的影响。     

黄瓜品种的配合力研究

按照格列芬(Griffing B.)双列杂交方法Ⅱ对八个黄瓜品种五种性状进行了配合力分析。亲本1、2、5产量性状的一般配合力效应和特殊配合力方差值均高,是杂优利用选育高产品种的优良亲本,优势组合是3×5、1×2、1×8、1×6。亲本7产量性状的一般配合力效应高,特殊配合力方差值低,通过常规选育可使高产性状稳定遗传给后代。节位主要受累加效应影响,常规育种即可使性状稳定,杂优利用也不会选出显著早熟的品种,亲本8、7、6、4是选育早熟品种的优良亲本。2、6、1、8是改造瓜把长度的理想亲本。     

几个主要玉米自交系的配合力及聚类分析

利用16个自交系按8×8不完全双列杂交法配成64个组合,研究其株高、穗位高、生育期、穗长、穗粒数、小区籽粒产量等14个农艺性状的一般配合力(GCA)、特殊配合力(SCA)和遗传参数.结果表明:14个农艺性状的GCA和SCA均达极显著水平;控制这14个性状的基因效应中主要以加性基因效应为主,非加性基因效应较少;本试验材料中561、B603-6-1、8954、4781tl41、268、549、478C4等7个自交系GCA综合性状较优,为组配强优势杂交组合的优良自交系.根据离差平方和法进行聚类分析表明16个自交系划分成6个类群:549、8954为一类;268、478C4、冬4011、N7931、478G为一类;4781tl41、苏11为一类;561、B603-6-1为一类;WJ01、石79、1058为一类;吉1037、200H为一类.     

河南省部分玉米地方品种主要产量性状的配合力分析

基于表型和基因型的聚类分析,从不同类群中筛选到18份河南省特异玉米地方品种,对其进行产量相关性状的配合力分析。结果表明,地方品种一般配合力对其产量性状作用较大,一般配合力(GCA)较高的是老人牙、红胡玉和朝鲜白马牙,其效应分别为29.93、13.65和9.94;产量的特殊配合力(SCA)较高的分别是黄早四×本地白玉米、掖478×白盖玉米、黄早四×老人牙、掖478×踏坑白、黄早四×混选一号和黄早四×红胡玉,其效应分别为15.62、14.36、13.03、12.88、9.33和8.59。在所有杂交组合中,黄早四×老人牙的产量最高,而掖478×踏坑白和掖478×白盖玉米组合次之,其平均单株产量分别为182g、170g和168g,这3个组合可作为潜势组合进一步试验。因此,在从地方品种中选育自交系作亲本时,应重点选择一般配合力高的地方品种,同时,结合特殊配合力测定,才能得到产量优异玉米杂交组合。     

玉米自交系穗部性状的配合力分析

以吉林农业科技学院玉米育种组选育的10个优良稳定自交系和7个外引骨干。为供试材料（自选系为母本,骨干系为父本）,按NCII设计组配70个杂交组合,对7个穗部性状和小区产量进行配合力分析。结果表明：穗长、穗行数、行粒数、百粒重、单株产量、小区产量的GCAT和SCA方差均达极显著水平。在供试的10个自选系中,N575、N194、N503、N324是表现比较理想的自交系,N575×丹340、N503×吉853,N324×丹340是产量较高、性状比较理想的组合。相关分析表明：单穗粒重与穗长、行数、穗粗、百粒重有较大的正相关,与行粒数、秃尖长有较小的负相关。     

16个玉米自交系的配合力效应及其聚类分析

【目的】选用自选育成的16个玉米自交系进行配合力和聚类分析,为玉米自交系的利用和强优势组合的选配提供参考。【方法】以5个玉米自交系为测验种,按NCⅡ遗传交配设计配制55个测交组合,进行产量配合力效应及聚类分析。【结果】16个玉米自交系的产量配合力差异显著,M9、M3、M1和F3、F2的GCA较高;组合M10×F3、M9×F3、M1×F3、M3×F2、M4×F2、M9×F2、M3×F3、M6×F3、M5×F3、M11×F2的配合力总效应较高,为强优势组合,其利用潜力较大。根据产量SCA进行聚类分析,可将16个自交系分为5类：M1、M6为第Ⅰ类群;M2、M7、M9、M3、M5为第Ⅱ类群;M8、M11、F1为第Ⅲ类群;F2、F3为第Ⅳ类群;M4、M10、F4、F5为第Ⅴ类群。【结论】自交系M3、M9和F2、F3的GCA和SCA效应均较高,具有较高的利用价值,与其他自交系组配,较易选育出较高产的玉米杂交组合。