42 玉米科学 24 卷玉米是重要的粮食饲料和工业原料, 也是遗传模式作物玉米粗缩病 (Maize rough dwarf disease, MDD) 是一种世界性的病毒病该病于 1949 年首 [1] 次在意大利北部被发现, 之后又在瑞士西班牙 [2,3] 法国等国家发生该病 1954

Size: px

Start display at page:

Download "42 玉米科学 24 卷玉米是重要的粮食饲料和工业原料, 也是遗传模式作物玉米粗缩病 (Maize rough dwarf disease, MDD) 是一种世界性的病毒病该病于 1949 年首 [1] 次在意大利北部被发现, 之后又在瑞士西班牙 [2,3] 法国等国家发生该病 1954"

螳卞
5 years ago
Views:

1 玉米科学 2016,24(6):41~46 文章编号 : (2016) Journal of Maize ciences DOI: /j.cnki.maize.science 玉米抗粗缩病主效 QTL(qMrdd1) 的基因多效性分析董鲁朋 1, 王红红 1, 刘庆彩 2, 蒋飞 3, 孔晓民 3, 张永中 1 1, 刘保申 (1. 山东农业大学农学院, 山东泰安 ;2. 中国农业大学农学院, 北京 ;3. 山东省济宁市农业科学研究院, 山东济宁 ) 摘要 : 前期研究中将主效抗病 QTL(qMrdd1) 定位在第 8 染色体分子标记 M103.4-M105.3 之间, 该抗病 QTL 表现为隐性基因遗传, 可降低 24.2%~39.3% 的发病率通过分子标记检测, 在抗病系 NT411( 供体亲本 ) 和感病系 NT409( 轮回亲本 ) 回交多代的群体中, 选择 7 个含有抗性 QTL(qMrdd1) 的杂合单株自交得到分离群体 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 和来源于同一回交后代的两对抗感病近等基因系 (B8- B8- 和 B9- B9-), 利用这两对近等基因系与自交系 A7110 Q319 CT03 昌组配 13 对杂交种, 在植株整个生育期内无粗缩病病毒接种的条件下, 在北京海南和山东种植不同的材料并对 7 个分离群体和 13 对杂交种进行农艺性状调查, 结果表明,7 个分离群体中各基因型植株以及 13 对杂交种在穗长穗行数等农艺性状上差异不显著,qMrdd1 基因对玉米产量性状不存在多效性现象, 可以应用于抗粗缩病育种关键词 : 玉米 ; 粗缩病 ;QTL;qMrdd1 中图分类号 : 文献标识码 :A Gene Pleiotropic Analysis of the esistance QTL(qMrdd1) to Maize ough Dwarf Disease DONG Lu-peng 1, WANG ong-hong 1, LIU Qing-cai 2, JIANG Fei 3, KONG Xiao-min 3, ZANG Yong-zhong 1, LIU Bao-shen 1 (1. Agricultural College, handong Agricultural University, Tai an ; 2. China Agricultural University, Beijing ; 3. Jining Academy of Agricultural ciences, Jining , China) Abstract: We mapped a major resistance QTL, qmrdd1, which flanked by markers M103.4 and M105.3 on chromosome 8. The qmrdd1 acted in a recessive manner to reduce the disease- severity index(di) by 24.2% %.In the backcross group of resistance NT411(donor parent) and susceptible NT409 (recurrent parent), seven plants with heterozygous qmrdd1 lociwere selected by MA for self- pollinated to develop 7 groups of B1, B2, B3, B4, B5, B6 and B7. The resistance lines(b8- and B9-, with qmrdd1) or susceptible(b8- and B9-, without qmrdd1) lines were crossed with A7110, Q319, CT03, Chang7-2, 43684, 43683, inbred lines to obtain 13 groups hybrids. The hybrids and 7 segregation populations were planted to investigate agronomic characters without inoculation of the MDD virus. The results showed that there were no significant difference among the 3 genotype plants of the 7 groups in several agronomic traits such as plant height, ear, and rows per ear, the same to 13 groups of hybrids. The result indicated that there were no genetic multiple-effects and the QTL of qmrdd1 could be used to resistant breeding for maize rough dwarf disease. Key words: Maize; ough dwarf disease; QTL; qmrdd1 收稿日期 : 基金项目 : 农业科技成果转化资金项目 [ 鲁科字 (2014)183 号 ] 十三五国家重点研发计划七大农作物育种试点专项主要粮食作物分子设计育种主要粮食作物分子设计育种项目玉米分子设计育种课题(2016YFD ) 作者简介 : 董鲁朋 (1989-), 男, 硕士, 研究方向为作物杂交优势与利用研究 donglupeng2011@163.com 王红红和董鲁朋对本文相同贡献刘保申为本文通讯作者 liubs@sdau.edu.cn

2 42 玉米科学 24 卷玉米是重要的粮食饲料和工业原料, 也是遗传模式作物玉米粗缩病 (Maize rough dwarf disease, MDD) 是一种世界性的病毒病该病于 1949 年首 [1] 次在意大利北部被发现, 之后又在瑞士西班牙 [2,3] 法国等国家发生该病 1954 年, 我国的新疆南部和甘肃西部首次发现玉米粗缩病, 该病在我国玉米种植区迅速蔓延, 时有大爆发报道, 给玉米生产造成巨大损失近年来, 随着黄淮海地区种植结构的调整和农业气候的变化, 粗缩病的发生又呈爆发趋势山东省自 2005 年以来连续发生玉米粗缩病危害,2005~2009 年发病面积累计超过 190 万 hm 2 ; 2010 年发病面积 80 万 hm 2, 主要集中在鲁西南等地 [4,5] 区 ;2011 年的发病面积超过 2010 年并造成大面积绝产 ;2012 年粗缩病发生面积 18.7 万 hm 2 目前, 粗缩病成为山东省玉米产区的主要病害之一玉米粗缩病由灰飞虱携带, 以持久的方式传播因此, 灰飞虱的数量及带毒率是影响玉米粗缩 [6,7] 病发生的重要条件田间管理以及栽培措施对粗缩病的预防具有一定的效果, 选育抗病玉米品种是有效控制玉米粗缩病的流行和减少玉米生产损失的重要途径玉米对粗缩病抗性呈数量遗传特点, 由多个数量性状位点控制, 定位抗病位点是克隆基因研究抗病机理及辅助抗病育种的前提目前, 有许多抗玉米粗缩病基因被发现,Wang 等利用抗病材料, 通过 -BA 技术找到 3 个抗病位点, 分别位于 [8] 第条染色体上李玉杰等在此基础上, 利用分子标记辅助选择技术对一些骨干感病自交系进行 [9] 改良 Luan 等以和掖 478 为材料, 定位到一个主效抗病 QTL(qMD8), 解释了 12.0%~28.9% 的 [10] 表型变异马侠史利玉分别开发了与粗缩病抗性显著相关的 T 和 CA 标记, 可直接用于分子 [11,12] 标记辅助选择 Liu 等利用全基因组关联分析与连锁定位技术, 发现位于 bin8.03 长 Mb 的片段, 包括 6 个与抗病性显著相关的 NP 和已经定位的 2 个抗玉米粗缩病主效 QTL [13] 随着玉米抗粗缩病 QTL 的不断被定位及分子标记的开发, 为开展抗粗缩病育种提供了辅助选择的标记在前期定位中, 利用杂交种 CL1165 自交 5 代后的同一株系中选出一对近等基因系, 抗病系 NT411 和感病系 NT409 利用该近等基因系构建分离群体, 把抗病主效 QTL 定位到第 8 染色体标记 M M105.3 之间, 物理距离 1.2 Mb, 命名为 qmrdd1, 该 [14,15] QTL 以隐性基因的方式遗传在肥城泰安济宁等地的田间调查结果表明, 在 (NT409/ NT411)F 4 群体中, 具有纯合 qmrdd1 的植株粗缩病平均发病率比不带该基因的植株降低 24.2% ~39.3% 因此, qmrdd1 是一个优良的抗原, 可用来改良玉米粗缩病的抗性, 但尚不清楚其是否表现为多效性, 具有多效性的基因可能会与一些不良的性状连锁本试验鉴定 qmrdd1 基因对各种重要农艺性状的遗传效应, 探讨该抗病基因的多效性以及在育种上的应用价值 1 材料与方法 1.1 供试材料携带 qmrdd1 的抗病近等基因系 NT411, 不带 qmrdd1 的感病近等基因系 NT409, 测验种 A7110 Q319 CT03 昌及 43946( 其中, A7110 Q319 CT03 为抗玉米粗缩病自交系, 带有 qmrdd1 位点 ; 其他为感病自交系, 不带 qmrdd1 位点 ) 1.2 试验方法通过分子标记检测, 选择分离群体 NT411/ NT409//NT409 中 qmrdd1 位点的杂合单株连续与 NT409 回交 4 代, 选出 7 个杂合单株自交, 构建分离群体, 分别以 B1~B9 等表示 2013 年春在北京地区种植群体 B1 B2 B3;2013 年冬海南乐东县南繁种植的群体 B4 B5 B6 B7 随机区组设计, 行长 5 m, 行距 60 cm, 每行种植 25 株, 玉米整个生育期内不接种粗缩病病毒苗期取样, 检测单株在 qmrdd1 位点上的基因型, 在适宜生育时期进行农艺性状调查和考种, 记录相关数据并分析杂合单株 B8 和 B9 进行自交, 自交后代中选取带有纯合 qmrdd1 的植株和不带有 qmrdd1 的植株, 构建两对抗感病近等基因系, 分别以 B8- B8- 和 B9- B9- 表示利用两对抗感病系分别与 A7110 Q319 CT03 昌和等自交系杂交得到相对应杂交种 F 1, 利用 A7110 获得的杂交种记为 A7110/B8- 和 A7110/B8- A7110/ B9- 和 A7110/B9- 等, 其余自交系类推标记 2014 年夏在山东泰安种植杂交种, 设置 3 个重复, 随机区组设计, 行长 6 m, 行距 60 cm, 株距 25 cm, 每行种植 25 株, 生长期间调查穗位高等农艺性状, 在成熟后考查穗长穗行数行粒数等农艺性状性状的评价标准参考玉米种质资源描述规范和数据标准 [16] 粒重百粒重等按照北方玉米安全储存含水量 14% 的标准进行换算 1.3 数据处理采用 Microsoft Excel 2010 和 P 18.0 软件进行统计和方差分析

3 6 期董鲁朋等 : 玉米抗粗缩病主效 QTL(qMrdd1) 的基因多效性分析 43 2 结果与分析 2.1 北京环境条件下分离群体的遗传分析杂合植株自交出现 3 种类型的植株 : 不带 qmrdd1 基因的植株 () 纯合 qmrdd1 基因的植株 () 及含有 qmrdd1 基因的杂合植株 () 通过对北京种植的 B1 B2 和 B3 群体进行调查和数据分析可知 ( 表 1), 在 3 个群体中, 不带 qmrdd1 基因的植株纯合 qmrdd1 基因的植株及含有 qmrdd1 基因的杂合植株在百粒重等农艺性状上差异不显著, 说明 qmrdd1 基因对玉米产量性状不存在多效性现象 Table 1 表 1 B1 B2 和 B3 分离群体农艺性状方差分析 Variance analysis of agronomic traits in B1, B2 and B3(F-value) 群体穗长穗行数 ( 行 ) 抽雄期吐丝期散粉期 Population Ear ows Grain per ear DTT DT DTP B B B 海南环境条件下分离群体的遗传分析通过对 B4 B5 B6 及 B7 分离群体的调查和数据分析可以看出 ( 表 2),4 个分离群体中不带 qmrdd1 基因的植株纯合 qmrdd1 基因的植株及含有 qmrdd1 基因的杂合植株在等主要农艺性状上差异也不显著, 验证 qmrdd1 基因对玉米产量性状不存在多效性现象 Table 2 表 2 B4 B5 B6 及 B7 分离群体农艺性状方差分析 Variance analysis of agronomic traits in B4, B5, B6 and B7(F-value) 群体穗长穗行数 ( 行 ) 吐丝期散粉期秃尖长 Population Ear ows per ear Grain DT DTP B B

4 44 玉米科学 24 卷续表 2 Continued 2 群体穗长穗行数 ( 行 ) 吐丝期散粉期秃尖长 Population Ear ows per ear Grain DT DTP B B 抗感近等基因系与抗病自交系的杂交种的性状比较利用两对抗感近等基因系分别与常用自交系杂交得到相对应杂交种 F 1,2014 年夏在山东泰安种植杂交种, 并考查穗位高等农艺性状表 3 是两对抗感病自交系 (B8- B8- 和 B9- B9-) 分别与含有 qmrdd1 基因的抗病自交系 A7110 Q319 和 CT03 杂交得到相对应的杂交种材料的性状值通过成对杂交种农艺性状分析可知,qMrdd1 位点纯合的杂交种和 qmrdd1 位点杂合的杂交种在穗位高等主要的农艺性状上差异不显著 Table 3 表 3 抗感近等基因系与抗病自交系的杂交种农艺性状比较分析 Comparison of agronomic traits of hybrids between near isogenic lines and resistance lines 杂交种穗位高穗长秃尖长穗行数 ybrid ( 行 ) Ear height Ear ows per ear Grain A7110/B A7110/B Q319/B Q319/B CT03/B CT03/B A7110/B A7110/B CT03/B CT03/B 抗感近等基因系与感病自交系的杂交种的性状比较 Table 4 表 4 抗感近等基因系与感病自交系的杂交种农艺性状比较分析 Comparison of agronomic traits of hybrids between near isogenic lines and susceptible lines 杂交种穗位高穗长秃尖长穗行数 ybrid ( 行 ) Ear height Ear ows per ear Grain 昌 7-2/B 昌 7-2/B /B

5 6 期董鲁朋等 : 玉米抗粗缩病主效 QTL(qMrdd1) 的基因多效性分析 45 续表 4 Continued 4 杂交种穗位高穗长秃尖长穗行数 ybrid ( 行 ) Ear height Ear ows per ear Grain 43684/B /B /B /B /B 昌 7-2/B 昌 7-2/B /B /B /B /B /B /B 表 4 是两对抗感近等基因系 (B8- B8- 和 B9- B9-) 分别与不含 qmrdd1 基因的 4 个感病自交系杂交得到相对应的杂交种材料的性状值通过成对杂交种农艺性状分析比较可知,qMrdd1 位点杂合的杂交种和不含 qmrdd1 位点的杂交种在穗位高等主要的农艺性状上也无显著差异 3 结论与讨论 qmrdd1 基因是一个优良的抗原本试验利用一对近等基因系 NT411( 携带 qmrdd1 基因 ) 和 NT409 ( 不携带 qmrdd1 基因 ) 构建遗传背景高度一致的 7 个分离群体和两对抗感病近等基因系 (B8- B8- 和 B9- B9-), 通过对 7 个分离群体以及两对抗感病近等基因系与 7 个常用自交系组配的 13 对杂交种进行穗长等农艺性状调查, 分析 qmrdd1 基因的多效性 B1-B7 这 7 个分离群体中有 25% 的植株携带有纯合 qmrdd1 位点, 有 50% 的植株带有杂合 qmrdd1 位点,25% 的植株不带 qmrdd1 位点, 这 7 个群体的 3 种类型的主要农艺性状在不同的环境条件下均没有显著差异, 说明该隐性抗病基因对玉米产量相关性状不表现负遗传效应, 即该基因不具有多效性利用 2 对 qmrdd1 位点的近等基因系与 7 个常规自交系组配 13 对杂交种, 其中, 有 5 对杂交种为携带纯合 qmrdd1 位点与带杂合 qmrdd1 位点的比较, 另 8 对是带杂合 qmrdd1 位点与不带 qmrdd1 位点的比较, 结果同样证明隐性抗病基因对玉米产量相关性状不表现负遗传效应, 说明可以在育种中利用 qmrdd1 基因改良不抗粗缩病的优良自交系并组配抗病的品种, 提高玉米粗缩病抗性参考文献 : [1] Biraghi A. istological observations on maize plants affected by dwarfing[j]. Notiz Malatt Piante, 1949(7): 1-3. [2] arpaz I. Needle transmission of a new maize virus[j]. Nature, 1959, 184: [3] Milne G, Lovisolo O. Maize rough and related viruses[j]. Adv. Vi rus. es., 1977, 21: [4] 孔晓民, 韩成卫, 曾苏明, 等. 玉米粗缩病发生规律与防控对策 [J]. 吉林农业科学,2010,35(5): Kong X M, an C W, Zeng M, et al. Occurrence regularity and in tegrated control measurements of maize rough dwarf virus[j]. Jour nal of Jilin Agricultural ciences, 2010, 35(5): (in Chinese) [5] 黄强, 李晚忱, 王振营, 等. 玉米粗缩病研究的回顾与展望 [J]. 玉米科学,2011,19(2): uang Q, Li W C, Wang Z Y, et al. esearch situation and prospect of maize rough dwarf disease[j]. Journal of Maize ciences, 2011, 19 (2): (in Chinese) [6] 杨本荣, 马巧月. 玉米粗缩病的病毒寄主范围研究 [J]. 植物病理学报,1983,13(3):1-8. Yang B, Ma Q Y. On the host range of maize rough dwarf virus disease[j]. Acta Phytopathologica inica, 1983, 13(3): 1-8. (in Chi nese) [7] 苗洪芹, 杨彦杰, 李双月, 等. 玉米粗缩病毒的传毒介体灰飞虱的虫量不同播期对玉米粗缩病的影响 [J]. 华北农学报,2011,16 (2): Miao Q, Yang Y J, Li Y, et al. Influence of vector laodelphaxs triatellus fallen and sowing dates on the disease caused by maize rough dwarf virus[j]. Acta Agriculturae Boreali inica, 2011, 16(2): (in Chinese) [8] Wang F, Zhang Y, Zhuang Y L, et al. Molecular mapping of three loci conferring resistance to maize(zea mays L.) rough dwarf disease [J]. Molecular Plant Breeding, 2007, 5(2):

6 46 玉米科学 24 卷 [9] 李玉杰. 利用分子标记技术改良玉米粗缩病抗性 [D]. 山东 : 济南 : 山东大学, [10] Luan J W, Wang F, Zhang J, et al. Mapping quantitative trait loci conferring resistance to rice black- streaked virus in maize(zea mays L.)[J]. Theor. Appl. Genet, 2012, 125(4): [11] 马侠, 崔德周, 刘怀华, 等. 玉米抗粗缩病基因 T 分子标记的筛选 [J]. 玉米科学,2010,18(3):61-64,67. Ma X, Cui D Z, Liu, et al. Development of T-PC markers for maize rough dwarf virus resistant genes[j]. Journal of Maize ci ences, 2010, 18(3): 61-64, 67. (in Chinese) [12] 史利玉, 李新海, 谢传晓, 等. 玉米抗粗缩病毒 CA 分子标记的开发 [J]. 中国农业科学,2011,44(9): hi L Y, Li X, Xie C X, et al. Development of CAs from AFLP markers linked to resistance to maize rough dwarf virus(mdv) us ing bulked segregant analysis in maize[j]. cientia Agricultural i nica, 2011, 44(9): (in Chinese) [13] Liu C L, Weng J F, Zhang D G, et al. Genome- wide association study of resistance to rough dwarf disease in maize[j]. Eur. J. Plant Pathol., 2014, 139: [14] 张彦军, 魏海忠, 王红红, 等. 利用近等基因系定位玉米粗缩病抗性 QTL 及分子标记辅助选择的研究 [J]. 玉米科学,2012,20 (6): Zhang Y J, Wei Z, Wang, et al. Mapping of QTL for resis tance to maize rough dwarf disease using near- isogenic lines and their application in molecular marker-assisted selection[j]. Journal of Maize ciences, 2012, 20(6): (in Chinese) [15] Tao Y F, Liu Q C, Wang, et al. Identification and fine-map ping of a QTL, qmrdd1, that confers recessive resistance to maize rough dwarf disease[j]. BMC Plant Biology, 2013, 13: 145. [16] 石云素. 玉米种质资源描述规范和数据标准 []. 北京 : 中国农业出版社,2006. ( 责任编辑 : 朴红梅 ) 第十三届中国鲜食玉米速冻果蔬大会 2017 年 2 月在哈尔滨召开! 2017 第十三届中国鲜食玉米速冻果蔬大会一会三地举办 :2 月哈尔滨 7 月北京 8 月黑龙江绥化, 北京绥化分别举办大型品种试种展示观摩会 2017 年首次会议将于 2 月日在哈尔滨召开, 大会组委会诚邀您光临大会! 鲜食玉米产业是我国近 20 年来发展起来的新兴产业, 后发优势明显, 需求量不断增加, 有广阔的发展前景和市场潜力随着全国大田玉米种植结构调整鲜食玉米价格上扬, 鲜食玉米产业必将面临新的市场变化并迎来新的发展机遇! 2017 年黑龙江省政府将大力引导并扶持鲜食玉米产业发展, 大面积缩减大田玉米种植并扩大鲜食玉米种植面积, 期待与全国业内同仁共建优质鲜食玉米鲜穗和加工产品基地电话 : 传真 : 邮箱 :ntcpjg@126.com 网址 :

2 第 27 卷京七 W557 合 344 杂 1 表 1 名称及来源 Table 1 Name and source of inbred lines 来源唐四平头 K10 唐四平头 B14 兰卡斯特 H 旅 28 兰卡斯特丹 340 来源 Reid Re

2 第 27 卷京七 W557 合 344 杂 1 表 1 名称及来源 Table 1 Name and source of inbred lines 来源唐四平头 K10 唐四平头 B14 兰卡斯特 H 旅 28 兰卡斯特丹 340 来源 Reid Re 第 27 卷第 4 期 2015 年 8 月 Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University 27(4):1~5 Aug. 2015 doi:10.3969/j.issn.1002-2090.2015.04.001 外引加拿大玉米的配合力分析和应用张玉胡 1,2, 高树仁 1, 王霞 1, 孙丽