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1、玉米抗灰斑病主效QTL精细定位、基因预测及转录组分析玉米灰斑病是一种全球性的玉米叶部病害, 严重影响玉米的产量和品质。近年来灰斑病在我国迅速蔓延, 已严重威胁到玉米生产 , 特别是在西南玉米产区, 灰斑病已成为危害最严重的病害, 一般年份减产 10-30%,大爆发时可达 60-80%,甚至绝产。发掘抗灰斑病 QTL(QuantitativeTraitLocus), 培育抗性品种是防治灰斑病最经济有效的途径。前期研究中, 我们利用高感亲本Q11和高抗亲本 Y32 组配的分离群体 (F2,F2:3) 定位到一个主效QTL(qRgls2), 位于 5 号染色体 5.03-5.04bin, 物理距离
2、-110 Mb, 可以解释表型变异率18.9-23.9% 。在此基础上 , 我们筛选定位区间内的交换单株与Q11回交 , 测定回交后代群体的基因型和抗病性 , 开展 qRgls2 的精细定位 , 如此连续多年多代进行 , 逐步缩小 qRgls2 区间。鉴于 qRgls2 位于着丝粒区域 , 重组频率低 , 获得交换单株困难等特点 , 我们同时尝试借助关联分析和转录组测序来确定 qRgls2 的候选基因。主要研究结果如下 :1 、在 qRgls2 区域内加密分子标记 , 选用其中的 23 个标记进行 qRgls2 的精细定位。 2、 2010-2011 年, 在 F4 群体中筛选到 22 个交换
3、个体 , 回交后得到 1,688 个 BC1F4单株 , 种植于云南省保山市进行抗病性鉴定。结合每个单株的基因型 , 将 qRgls2 限定在分子标记 B96 和 x157 之间 , 对照B73 RefGen_v2参考基因组序列 , 其物理距离为 62Mb。3、2011-2012 年, 在 BC2F5群体中筛选到 32 个交换单株 , 使用 16 个分子标记检测交换位点, 将它们划分成18 种交换类型。检测每个单株的基因型并调查性状, 将 qRgls2 定位于分子标记G386和IDP41 之间 , 物理距离 -3.9 Mb。4、2012-2013 年, 利用来自 42 个 BC2F6交换单株的
4、 5,631 个 BC3F6单株进行精细定位。用 14 个分子标记将交换单株分成17 种交换类型。最终将qRgls2 定位在分子标记 G346和 DD11之间 , 物理距离 -1Mb。5、在精细定位的同时 , 于 2011-2013 年间对 qRgls2 的效应值进行分析 , 发现该位点能提高灰斑病抗病率20.6-24.6%, 且年份间该遗传效应稳定存在。6、根据 B73 RefGen_v2 的基因注释版本 5b.60, 在 qRgls2 精细定位区间内搜索到15个功能基因。其中一个基因 GRMZM2G157068编码钙依赖蛋白激酶 (CDPK),功能预测显示该基因与生物胁迫相关。 7、关联分析发现与灰斑病抗性显著相关的基因内SNPs与连锁分析中的QTLs位置不重叠。同样的 ,qRgls2 精细定位区域内的SNPs位点都未达到显著水平。 8、与未接菌的对照比较 , 接菌处理后二亲本 (Q11 和 Y32) 中分别获得的差异表达基因(DEGs)均在氧化还原反应相关的Gene Ontology(GO) 中存在富集 , 在激素调控和次级代谢途径中也有 DEGs的富集 , 说明这些途径可能对调控灰斑病抗性发挥着重要作用。qRgls2 区间内有七个功能基因的转录本含量在接菌前后发生显著变化, 结合这些基因的功能注释 , 我们认为 CDPK基因最有可能是候选基因。