甜玉米柔嫩度关联分析及基因定位

The project focused on the research gaps of tenderness trait in sweet corn. QTL mapping and association mapping of tenderness will be done by SSR markers. Based on the detection of tenderness using 127 sweet inbred lines by micrometer and 38 sweet inbred lines by FHM (fruit hardness meter), A14 and A26（sh2sh2） with large difference of tenderness have been selected as parents to build mapping population of RILs. SSR primers has been selected by the published maize linkage map. The two parental lines will be used to screen SSR marker polymorphism. A linkage map will be constructed using SSR markers. The QTLs controlling tenderness will be mapped using WinQTL Cart and the main QTLs will be detected. More SSRs between the main QTL's interval will be used to fine map the main QTL. The SSRs located on the peak value will be selected to detect the 127 sweet inbred lines. The outcome of PCR will be sequenced to find single-nucleotide polymorphism (SNP) and the population structure analysis and association analysis were conducted. The results of this project will help us to understand the mechanism of tenderness in sweet corn. It is important to clone the genes controlling tenderness and to help breeding sweet corn variety with better tenderness. It will help to design key PCR markers to improve tenderness by MAS in sweet corn.

本项目针对我国甜玉米品质性状柔嫩度遗传研究不足，用SSR等分子标记对甜玉米的重要品质性状-柔嫩度基因进行QTL定位与关联分析。在对本实验室自有的127份甜玉米自交系用显微测微尺和38份甜玉米自交系用果实硬度计法检测柔嫩度的基础上，选择柔嫩度差异大的两个甜玉米自交系A14和A26（sh2sh2）作亲本，构建RIL群体，参照前人玉米分子标记连锁图合成SSR引物，用亲本筛选多态性，对RIL群体进行DNA带型检测，构建分子标记连锁图，用WinQTL Cart等软件分析甜玉米柔嫩度的QTL，扫描主效QTL位点，在主效QTL区间加密SSR标记，选用QTL峰处SSR标记对自有的127份甜玉米自交系群体进行扩增并测序，进行群体结构分析及柔嫩度基因关联分析。本研究将为进一步探讨柔嫩度的遗传机理奠定坚实的基础，为柔嫩度主效QTL克隆、优质柔嫩度甜玉米育种提供重要依据并开发可用于分子标记辅助选择的关键分子标记。

柔嫩度是甜玉米重要的品质性状，不能直接鉴定也无法量化，与果皮厚度呈负相关，可通过对果皮厚度的测定来确定柔嫩度的优劣。本项目通过显微测微尺法对甜玉米骨干系进行了乳熟期籽粒果皮厚度的鉴定，筛选到果皮厚度小于70μm的甜玉米自交系21份。选择果皮较厚的甜玉米自交系M03和果皮较薄的甜玉米自交系M14进行了授粉后不同天数的顶部和背胚部的果皮厚度观察，分析果皮的发育规律；并以M03和M14构建BC4F3群体，进行了甜玉米的简化基因组测序，进行了连锁图谱的构建，共有上图标记2964个，分别于2016、2017以及2018年秋季进行了授粉后第22天的果皮厚度鉴定，定位到1个共同主效QTL位点，qPT10-1可解释7.78~13.84%的表型变异。对包含144份甜玉米骨干系的关联分析群体进行了授粉后第22天的果皮厚度鉴定，利用基因芯片技术进行了基因型分析，共检测到37851个有效SNP标记，使用 Structure将144份甜玉米自交系分成6个类群，共检测到11个SNP与果皮厚度相关。对BC4F3群体的2个亲本材料分别在授粉后15、19、23天时取样进行转录组测序，检测到差异基因为134~6244个，差异表达基因的主要通路主要集中在植物激素信号转导，糖酵解，丙酮酸代谢，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解以及脂肪酸的降解等通路。联合转录组测序结果与已经定位的主效QTL，qPT10-1区间内的11个候选基因进行比对，筛选到3个表达差异极显著的候选基因，并进行了表达量的差异验证。以上研究为甜玉米柔嫩性状的分子育种奠定了基础。