【摘要】：縱觀近年來玉米育種的發(fā)展態(tài)勢,種質(zhì)資源匱乏制約著玉米育種的發(fā)展,種質(zhì)資源的相對單一性和遺傳脆弱性引起了國內(nèi)外育種家的高度關(guān)注,新種質(zhì)的挖掘和改良創(chuàng)新成為育種研究的必然趨勢。2007年冬季,課題組在普通玉米自交系M676繁殖圃中發(fā)現(xiàn)了1株自然變異的矮稈突變株,通過自交保種,后代均表現(xiàn)為矮稈,無株高分離,矮稈突變性狀能穩(wěn)定遺傳,于是命名為“dm676”。本文通過表型鑒定、遺傳學分析、激素響應(yīng)、組織細胞學觀察、基因定位、等位性測定及配合力分析等試驗,對新發(fā)現(xiàn)矮稈突變體的生物學特征和遺傳學特性進行了分析,并對其在育種上的利用價值進行了評價。取得的研究結(jié)果如下：1.dm676的生物學特征：dm676平均株高86.7 cm,平均穗位高25.6 cm,比M676平均株高矮96.7cm,穗位高矮50.2 cm。莖稈節(jié)間長度顯著或者極顯著縮短,穗位以下部分節(jié)間長度比M676縮短49.3 cm,穗位以上節(jié)間長度比M676節(jié)間長度縮短26.4cm,表現(xiàn)為節(jié)間較密,葉片間距小,矮化特征明顯。相對于M676,dm676果穗的變化幅度較小,有一定的研究和應(yīng)用價值。2.矮稈突變體dm676的遺傳分析。通過鑒定dm676與不同遺傳背景的玉米自交系18-599、渝1193、渝1193-9、渝8954及M676雜交的F1、F2、BC1群體株高,所有雜交F1株高均顯著高于dm676,正反交F1株高無明顯差異,表明矮化性狀受細胞核基因控制;經(jīng)卡方檢驗,F2和BC,群體中高株與矮株的分離比率均符合3：1和1：1的理論比率,說明該矮化突變性狀受隱性單基因控制。3.突變體dm676外源激素敏感性測試及莖稈組織細胞學觀察。在玉米播種后35 d用GA3,IAA、BR三種激索噴施矮稈突變體,測量不同時期的株高,進行統(tǒng)計分析,結(jié)果表明：外施三種激素均不能使突變體dm676株高恢復(fù)到野生型M676的株高水平。分別取dm676和M676的穗位節(jié)間及穗位上下各1節(jié)間莖稈表皮組織進行石蠟切片并對其細胞學觀察比較,結(jié)果顯示dm676的穗位節(jié)間縱切細胞排列較為規(guī)則,長度明顯短于M676；dm676的穗位下1節(jié)間縱切細胞排列較為紊亂,細胞長度明顯短于M676的縱切細胞長度,推測矮稈突變體植株矮化是由于穗位節(jié)間及穗位節(jié)下1節(jié)間細胞長度縮短所致。4.dm676分子標記定位與等位性測定。將矮稈突變體dm676和玉米自交系18-599雜交F2群體作基因定位群體。F2群體大小包括3232個單株,其中高株2397株,矮株835株,高株和矮株分離比符合3：1。提取雙親及所有矮稈植株和部分高株的DNA。利用分布于玉米全基因組的1171對SSR引物在雙親間進行引物多態(tài)性篩選,共篩選出261對多態(tài)性引物。將261對多態(tài)性引物對定位群體中的隱性單株DNA進行PCR擴增,根據(jù)聚丙烯酰胺凝膠電泳帶型分析,初步將控制矮化性狀的基因定位在第1染色體上。從第1染色體上的41對多態(tài)性引物中篩選出15對PCR擴增效果好的引物進行初步定位分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：引物umc1035與目標基因的遺傳距離最近。于是在標記umc1035附近新合成10對引物：umc2569、umc1335、umc1709、umc1335、umc1924、 umc2396、umc2236、umc1925、umc2237、umc1486,將新合成引物在在雙親間進行多態(tài)性檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：引物umc2396、umcl335、umc2569、umc1486在雙親間有多態(tài)性。利用新找到的多態(tài)性引物對655個矮化植株進行PCR擴增和聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測。利用mapmaker3.0軟件對這些SSR標記的結(jié)果進行了分子連鎖圖譜的構(gòu)建,將dm676基因初步定位在分子標記umc2396與umc1486之間,遺傳距離為0.3cM和11.93cM。為了進一步縮小目標基因的定位區(qū)間,在引物umc2396和umc1486附近又新合成8對引物：umc1586、umc1492、umc1356、umc2238、umc1374、umc1556,umc1044、 umc1883,用新合成引物在雙親間進行多態(tài)性檢測,引物umc2236、umc2238、umc1356在雙親間有多態(tài)性。從670個矮株中隨機篩選了90個單株,用分子標記umc1335、 umc2236、umc2396、umc2238、umc1356、umc1486對其PCR擴增,利用mapmaker3.0軟件對電泳結(jié)果進行分析,最終將基因dm676定位到了第1染色體分子標記umc2396和umc1356之間,兩個標記之間物理距離為4.17 Mb。生物信息學分析表明該定位區(qū)間內(nèi)含有矮稈基因br2,于是將突變體dm676和含有br2基因的玉米自交系NA360雜交進行等位性分析,結(jié)果表明： F1的株高顯著高于雙親,說明突變基因dm676與br2屬于非等位基因；F2群體株高符合正態(tài)分布,變幅38cm～152cm,F2群體中有一定數(shù)量植株株高表現(xiàn)出明顯的超親優(yōu)勢,因此推斷dm676與br2屬于非等位基因。5.突變體dm676育種潛勢分析。以包含dm676和M676及其它自交系為親本,按照NCⅡ遺傳交配設(shè)計配制雜交組合。兩年配合力分析表明,矮稈突變體dm676小區(qū)產(chǎn)量性狀GCA均為極顯著正效應(yīng)值；百粒重GCA均為極顯著正效應(yīng),株高、穗位高、穗行數(shù)三個性狀GCA效應(yīng)值為極顯著負效應(yīng),禿尖長、穗長GCA性狀兩年剛好相反；dm676小區(qū)產(chǎn)量性狀GCA效應(yīng)值兩年均極顯著大于M676的GCA效應(yīng)值；與其它8個被測系小區(qū)產(chǎn)量GCA相比,僅比12HN145的GCA效應(yīng)值小。由此可見,與M676相比,突變體dm676不但具有增產(chǎn)的作用,而且還能有效降低所配制組合的株高和穗位高,具有較大的育種潛力可以挖掘。
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【學位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S513

【參考文獻】

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本文編號：2440045