玉米花期性状主效QTL(基因)的SSR标记

王薪淇，姜　龙，宋轶群，邢　政，赵仁贵

(吉林农业大学 农学院， 吉林 长春 130118)



玉米花期性状主效QTL(基因)的SSR标记

王薪淇，姜龙，宋轶群，邢政，赵仁贵

(吉林农业大学 农学院， 吉林 长春 130118)

[摘要]【目的】 筛选玉米花期性状主效QTL(基因)的SSR标记，为玉米分子育种与相关基础研究提供参考和依据。【方法】 选用花期不同的玉米自交系JZ8、JZ16、JW1100为亲本，分别组配得到2个杂交后代F1(JZ8×JW1100)和F1(JZ16×JW1100)，F1经自交获得2个F2(JZ8×JW1100)、F2(JZ16×JW1100)群体。从前人已报道的与玉米花期相关性状主效QTL(贡献率>10%)连锁的SSR标记中，选取30对SSR标记引物，利用亲本、F1代对这30对引物进行筛选，将获得的特异性引物再通过F2群体单株花期性状与单株SSR标记的符合度和准确率验证，筛选出符合率大于50%的主效标记。【结果】 umc1875、umc1016、bnlg1651、umc1115为玉米花期性状的主效SSR标记，其中标记umc1875适宜用于筛选抽雄期(DTT)、散粉期(DTP)、吐丝期(DTS)晚的材料，筛选准确率分别为 57.5%，66%和61%；标记umc1016适宜用于筛选散粉期和吐丝期早的材料，筛选准确率分别为66%和58.5%；标记bnlg1651和umc1115适宜用于筛选散粉期早的材料，筛选准确率分别为69%和62.5%。【结论】 筛选出4个与花期性状连锁且高通用性的标记，在分子水平上揭示了材料之间的内在联系，在某种程度上揭示了对不同的玉米材料在分子水平上直接对目的性状进行选择的可能性。

[关键词]玉米；花期性状；QTL；SSR标记

玉米花期相关性状已引起了国内外学者的广泛关注[1-7]。Agrama等[1]利用SD34×SD35的1 220个F3家系，在第1、3和6染色体上发现了3个控制ASI的QTLs。公强等[2]利用F2∶3群体，检测到18个与控制花期相关性状的主效QTL连锁的SSR标记，发现第8染色体的8.03-8.04区域是一个控制开花相关性状的重要基因组区段。Ribaut等[3]以抗旱与不抗旱的自交系Ac7643与Ac7729杂交所组配的272个F2∶3家系为材料，共定位了7个抽雄期和吐丝期相关的QTLs及6个ASI相关的QTLs。李玉玲等[4]以普通玉米自交系和爆裂玉米自交系为亲本构建的F2∶3群体，检测到6个花期性状QTL及其36个连锁的SSR标记，通过比较两群体的定位结果，发现两群体检测出QTL的数目、位置、效应和贡献率均存在较大差异。Buckler等[5]对由 5 000 个重组近交系家系构成的巢式关联分析(NAM)群体进行全基因组扫描，并结合8个环境下的表型鉴定，发现玉米的开花期由数目众多的微效QTLs所控制。王迪等[6]利用2个F2∶3群体对玉米花期进行QTL分析，发现了1个在多环境中稳定表达的主效QTL，包含27个连锁SSR标记。孙婷婷等[7]利用F2∶3群体对玉米花期相关性状的QTL进行分析，检测到17个与花期相关性状的主效QTL连锁的SSR标记。

本研究选用花期不同的玉米自交系为材料，从前人报道的与玉米花期相关性状主效QTL(贡献率>10%)连锁的SSR标记中，选取30对SSR标记引物，筛选与玉米花期主效QTL(基因)连锁的SSR标记，并利用F2代花期分离群体对筛选出的连锁SSR标记进行验证，以期找出玉米花期主效QTL(基因)的SSR标记，为玉米分子育种与相关基础研究提供参考和依据。

1材料与方法

1.1试验材料

2013年春在吉林农业大学长春玉米育种基地，以吉林农业大学作物遗传育种教研室提供的花期早的玉米自交系JZ8、JZ16为母本，花期晚的玉米自交系JW1100为父本，组配杂交后代F1(JZ8×JW1100)和F1(JZ16×JW1100)，2013年冬在吉林农业大学三亚玉米育种基地将F1代自交获得F2(JZ8×JW1100)分离群体和F2(JZ16×JW1100)分离群体。2个分离群体中单株数量均为270。

1.2试验方法与花期性状调查

2014年春将亲本及F2分离群体种植在吉林农业大学长春玉米育种基地进行田间试验。采用随机区组设计，单行区，2 次重复，行长5 m，行距65 cm，株距25 cm，每行20株，单株留苗，田间管理同大田。

田间调查3个花期相关性状，参照石云素等[8]的标准,即抽雄期(Days to tasseling，DTT)表示播种至小区50%以上植株雄穗尖端露出顶叶的天数，散粉期(Days to pollen-shedding，DTP)表示播种至小区50%以上植株的雄穗开始散粉的天数，吐丝期(Days to silking，DTS)表示播种至小区50%以上植株花丝从苞叶突出的天数。

采用CTAB法[9]提取亲本及各F2分离群体植株幼叶的基因组DNA(每个材料取20个植株相同部位的幼嫩叶片混合提取)。根据前人报道的与玉米花期相关性状主效QTL(贡献率>10%)连锁的SSR标记中，选取平均分布于玉米10条染色体上的30对SSR引物。SSR引物序列来自玉米遗传与基因组数据库(http://www.maizegdb.org/qtl.php)，引物由北京六合华大基因科技股份有限公司合成。SSR引物见表1。

F2群体单株花期表型性状统计参照如下方式进行：花期时间早于或等于母本花期的记为1；晚于或等于父本花期的记为9。F2群体单株SSR标记统计参照如下方式：母本带型和父本带型分别统计为1和2；扩增条带与母本带型一致的，统计为1；扩增条带与父本带型一致的，统计为2；若同时出现2个条带的，则记为3；若出现互不一致的条带，记为0[11-12]。利用 Excel 2013软件对玉米花期相关性状的表型数据进行统计，利用SAS软件对标记带型与花期表型性状进行符合率分析。通过F2群体单株花期性状与单株SSR标记的符合率分析，对标记进行验证，筛选出符合率大于50%的主效标记，再根据SSR标记与表型性状的准确率判断其连锁性质。

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表 1　供试SSR引物名称及其信息

2结果与分析

2.1玉米亲本花期性状SSR标记筛选

利用30对SSR引物分别对JZ8/JW1100和JZ16/JW1100进行检测，结果见表2。由表2可以看出，有17对引物在亲本JZ8和JW1100间表现出多态性差异，有14对引物在亲本JZ16和JW1100间表现出多态性差异。

表 2　玉米亲本花期性状引物多态性统计结果

续表 2　Continued table 2

注：1～30代表的引物同表1；亲本间带型不一致记为“+”，亲本间带型一致记为“-”。

Note:1-30 represent the primers same as Table1.“+” indicates different stripes between parents,and “-” indicates consistent stripes between parents.

对在2个组合亲本间都表现出多态性的引物进行一致性比较，发现引物5、6、9、11、14、15、21、23、24、30能同时在2个组合亲本间表现出多态性差异(表2)。初步判断，引物5、6、9、11、14、15、21、23、24、30可用于花期性状的选择标记，但具体与花期性状中的哪些性状相符合还需进一步验证。

2.2玉米F1代花期性状SSR标记的验证

经田间调查F1(JZ8×JW1100)群体和F1(JZ16×JW1100)群体花期性状一致，没有出现分离。利用2.1节筛选出的10对特异性引物分别对F1(JZ8×JW1100)及F1(JZ16×JW1100)单株进行扩增，扩增产物条带位置、大小一致，没有出现分离，说明F1群体的SSR标记与田间农艺性状表现一致，进一步验证了这10对特异性引物可用于玉米花期性状的筛选。

2.3玉米F2代花期性状SSR标记的验证

为了对筛选出的10对连锁SSR标记进行验证和分析，分别对2个F2群体的270个单株进行SSR检测，部分扩增结果见图1。利用SAS软件对标记带型与花期表型性状进行符合率分析，结果见表3。

图 1SSR引物umc1016在JZ8(P1)、JW1100(P2)及其F1、F2代(1-36)中的扩增结果

M.Marker

Fig.1Amplification of umc1016 in JZ8 (P1),JW1100 (P2)，F1and F2(1-36)

由表3可知，引物umc1875在F2(JZ8×JW1100)群体中，抽雄期晚符合率为55%,散粉期晚符合率为63%,吐丝期晚符合率为58%；在F2(JZ16×JW1100)群体中，抽雄期晚符合率为60%,散粉期晚符合率为69%,吐丝期晚符合率为64%。引物umc1016在F2(JZ8×JW1100)群体中，散粉期早符合率为68%,吐丝期早符合率为60%；在F2(JZ16×JW1100)群体中，散粉期早符合率为64%，吐丝期早符合率为57%。引物bnlg1651在F2(JZ8×JW1100)群体中，散粉期早符合率为70%，吐丝期早符合率为54%；在F2(JZ16×JW1100)群体中，散粉期早符合率为68%。引物umc1115在F2(JZ8×JW1100)群体中，散粉期早符合率为61%；在F2(JZ16×JW1100)群体中，散粉期早符合率为64%,吐丝期早符合率为52%。

经计算可知，标记umc1875对抽雄期晚的验证准确率为 57.5%；散粉期晚验证准确率为66%，吐丝期晚的验证准确率为61%。标记umc1016对散粉期早的验证准确率为66%，吐丝期早的验证准确率为58.5%。标记bnlg1651和umc1115对散粉期早的验证准确率分别为69%和62.5%。

综上判断得出，标记umc1875、umc1016、bnlg1651、umc1115为玉米花期性状的主效SSR标记。标记umc1875用于筛选抽雄期、散粉期、吐丝期晚的材料，标记umc1016用于筛选散粉期和吐丝期早的材料，标记bnlg1651和umc1115用于筛选散粉期早的材料。如果以某一花期性状品种为亲本进行杂交育种，在其后代选择中，可以用umc1875、umc1016、bnlg1651、umc1115 作为辅助选择标准，从后代中筛选不同花期性状的材料。

表 3　玉米F2代花期性状SSR标记的符合率

注：早、晚代表在该时期出现的先和后。

Note:Early and late mean the occurrence before and after the period.

3结论与讨论

目前，关于花期相关性状QTL连锁SSR标记的报道较多，但是运用于育种实践的却很少。其主要原因在于与花期相关性状QTL连锁的SSR标记中存在着大量的微效标记，微效标记易受环境及遗传背景的影响，阻碍了与花期相关性状连锁的SSR标记在遗传育种中的应用，所以在贡献率>10%的主效QTL中，筛选玉米花期主效QTL(基因)的SSR标记(主效标记受环境及遗传背景的影响较小)有利于在分子标记辅助育种中应用。

在玉米育种中，应用数量众多的分子标记对同一性状进行选择，在操作和选择程序上都带来很多麻烦。目前有关玉米花期相关性状主效标记的研究尚未见报道，但有关玉米其他性状主效SSR标记已有报道，如杨华等[13]利用2个抗病性标记phi116 和umc1044进行了抗性分子标记辅助选择，成功地选育出了抗病自交系。柳思思等[14]在已发掘的耐旱通用QTL基础上筛选出了2个与玉米耐旱性密切相关的标记phi022和umc2217。

在MaizeGDB上登记的花期相关QTL总数为201个(http://www.maizegdb.org/qtl.php)，其中主效QTL为46个，对应的SSR 标记达600多个，与抽雄期相关QTL连锁的SSR标记210个，与散粉期相关QTL连锁的SSR标记240个，与吐丝期相关QTL连锁的SSR标记为260个[10，15-16]。这些数量众多的SSR标记中，主效SSR标记受环境和遗传背景的影响较小，但数量很少，但都与主效QTL(贡献率>10%)连锁。目前玉米主效标记的报道多集中在玉米抗病性方面，如王贺等[17]筛选到抗大斑病Ht1基因有效标记4对，Ht2基因有效标记7对。柳思思等[13]筛选出5个连锁标记可用来初步鉴定玉米耐旱性。虽然这些筛选出的标记与目标性状连锁，但都没有对标记的筛选效果进行验证分析。

本研究结果表明，umc1875、umc1016、bnlg1651、umc1115为花期相关性状的主效SSR标记，其中标记umc1875可用于筛选抽雄期、散粉期、吐丝期晚的材料，筛选的准确率分别为57.5%，66%和61%。标记umc1016可用于筛选散粉期和吐丝期早的材料，筛选的准确率分别为66%和58.5%。标记bnlg1651 和umc1115可用于筛选散粉期早的材料，筛选的准确率分别为69%和 62.5%。这些与花期性状连锁且高通用性的标记，在分子水平上揭示了材料之间的内在联系，在某种程度上揭示了对不同的玉米材料在分子水平上直接对目的性状进行选择的可能性，在玉米育种工作中可作为辅助选择标准，用于筛选花期性状材料，对玉米品种或后代的花期性状验证具有很重要的现实意义。

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SSR markers of main effect QTL (gene) for maize (ZeamaysL.) flowering related traits

WANG Xin-qi,JIANG Long,SONG Yi-qun,XING Zheng,ZHAO Ren-gui

(CollegeofAgronomy,JilinAgriculturalUniversity,Changchun,Jilin130118,China)

Abstract:【Objective】 Selecting 30 SSR marker,screening maize flowering traits of the main QTL(Gene)for SSR markers to provide reference for screening maize variety resources and future generations.【Method】 Choosing different blooming maize inbred lines JZ8,JZ16,JW1100 for parents,get two descendant F1 (JZ8×JW1100) and F1 (JZ16×JW1100) hybrid,F1 selfing to get two F2(JZ8 ×JW1100),F2 (JZ16×JW1100) group as experimental materials,according to this study which have been published at home or abroad and maize flowering traits relating the main effect of QTL (Contribution rate >10%) in the chain of SSR markers,utilizing the parents,F1 filtered by 30 primer,F2 population of plant flowering traits and SSR marker per conformity degree and accuracy of specific primers,select coincidence rate (more than 50%) of main mark.【Result】 umc1875,umc1016,bnlg1651,and umc1115 were the main effect SSR markers for maize flowering.umc1875 markers were suitable for screening DTT,DTP,and DTS late materials with accuracies of 57.5%,66% and 61%,respectively.umc1016 markers were suitable for screening DTP and DTS early materials with accuracies of 66% and 58.5%,respectively.bnlg1651 and umc1115 markers were suitable for screening DTP early materials with accuracies of 69% and 62.5%,respectively.【Conclusion】 Four SSR markers for flowering related traits linked with high versatility were selected and they revealed the internal connection between materials at molecular level and showed the possibility of directly selecting different maize traits at molecular level.

Key words:maize;flowering;QTL;SSR marker

DOI：网络出版时间:2016-01-0810:2210.13207/j.cnki.jnwafu.2016.02.008

[收稿日期]2014-06-23

[基金项目]国家星火计划项目(2011GA66005)；吉林省财政厅科研育种项目(吉财2012002)；长春市科技支撑计划项目(长科技合2011215号)

[作者简介]王薪淇(1989-)，男，辽宁丹东人，在读硕士，主要从事特用玉米遗传育种研究。E-mail：wangxinqi456285@163.com[通信作者]赵仁贵(1966-)，男，吉林松原人，教授，博士，主要从事玉米遗传育种研究。E-mail：zhaorengui@sina.com

[中图分类号]S513.032

[文献标志码]A

[文章编号]1671-9387(2016)02-0055-06