玉米单倍体雄花育性自然恢复基因定位研究

Maize haploid breeding technology as one of important breeding methods which can shorten the time and accelerate the progress in maize breeding.It is important to update variety and to promote breeding level as one of the mordern methods in maize.Presently, this technology has been applied widely in civil and foreign companies. But haploid doubling has become a crucial factor to restrict mazie haploid breeding applied with large scale during maize breeding.This project will focus on the male fertility in maize haploid,study on spontaneos restoration of haploid male fertility in maize will be carried out.Two national maize elite inbred lines K22 and Zheng58 with significant difference restoration of male fertility have been selected as the parents to construction the gene or quantitaive trait loci mapping population.QTL or gene of fertility spontenous restoration of maize haploid will be detected in maize genome and molecular markers linkage to fertility spontenous restoration of maize haploid will be found, which will help to reveal the mechnism of fertility spontenous restoration of maize haploid and enhance the restoration rate of male fertility. Furtherly, this study will optimize the system of maize haploid breeding and propel maize haploid breeding applied in larger scale and accelerate engineer breeding in maize.

玉米单倍体育种技术可显著缩短育种时间，加快育种进程，是现代玉米育种的重要方法，在促进玉米品种更新换代和提升玉米育种水平上具有重要意义。但单倍体雄花育性的恢复已成为该技术在育种规模化应用过程中的关键限制因素，本项目围绕这一关键限制因素开展单倍体雄花育性自然恢复的研究，通过选用两个其后代单倍体雄花育性自然恢复率在30-60%的自交系K22和雄花育性自然恢复率在0-5%的自交系郑58进行基因定位群体的构建，分析单倍体雄花育性自然恢复相关基因的分离和重组，定位相关基因，找出紧密连锁的分子标记，探讨玉米单倍体雄花育性自然恢复基因的遗传特点，为进一步提高单倍体雄花育性恢复率，阐明单倍体雄花育性自然恢复的机理奠定理论基础，通过本项目的研究，将进一步优化单倍体育种体系，推进河南单倍体育种技术平台建设和玉米单倍体育种技术的规模化应用，加速优良新种质的创制和品种的更新换代，服务于中原经济区建设。

玉米单倍体育种技术能显著缩短育种周期，已成为国内外种业公司和育种单位加速优良种质的创制和新品种更新换代的重要技术之一。玉米单倍体雌花的自然加倍能力可达90%以上，因此，单倍体雄花的成功加倍成为玉米单倍体育种技术应用的关键限制因素。目前主要是利用化学药剂进行加倍，由于化学药剂不仅毒性很大，而且往往造成死苗和环境污染，因此，发展高效无毒的自然加倍体系势在必行。研究雄花育性自然恢复的分子基础，将有助于提高自然加倍的效率。. 本研究利用单倍体雄花育性自然恢复能力存在明显差异的两个自交系K22和Z58为基础材料，构建了285个重组近交系群体，以重组近交系群体为母本，以自选的高频率诱导系YHI-1为父本，诱导产生不同家系的单倍体，在海南、郑州和荥阳三个不同地点评价不同家系单倍体雄花育性自然恢复能力。结果表明：不同家系间玉米单倍体雄花育性自然恢复能力存在极显著差异，不同地点间存在显著差异，海南的自然加倍率要高于郑州和荥阳，说明玉米单倍体雄花育性自然恢复能力受遗传控制并与环境存在一定的互作效应，但自然恢复率高的和低的单倍体对环境的敏感程度不同，自然恢复率高的家系受环境影响较小，而恢复率在10%以下的家系，与环境存在显著的互作效应；本研究筛选出了9个优良稳定的家系，其单倍体雄花育性的自然恢复率高于55%。从分布在玉米10条染色体上的1200对SSR引物中筛选出亲本间有明显差异的引物有157对。通过对玉米单倍体雄花自然恢复基因定位的研究结果表明：在郑州和海南共检测到10个与玉米单倍体雄花育性自然恢复相关的QTL位点，分布在第1、2、3、4、7和8染色体上，贡献率从0.29%-12.19%，其中有4个QTL位点在海南和郑州均检测到，第3、4染色体上各一个，分别位于分子标记umc1174-umc1593和umc1117-umc1702之间，这两个位点的效应受环境影响较大；在第7染色体上检测到两个共同QTL位点，位于分子标记bnlg1792-bnlg1380和umc1409-dupssr9之间，这两个位点的效应受环境条件的影响较小。通过本项目的研究筛选出与玉米单倍体雄花育性自然恢复紧密连锁的分子标记，创制了玉米单倍体雄花自然恢复率高的自交系，研究结果将会进一步提高玉米单倍体加倍效率，加速玉米单倍体育种技术的规模化应用进程。