控制玉米节根数重要QTL挖掘及其在氮高效种质创建中的应用

高产养分高效品种是未来解决我国粮食安全和资源、环境问题的重要途径之一。根系是作物养分、水分吸收的重要器官。根系的遗传改良对于实现作物高产高效、促进第二次绿色革命都有着重要的研究意义。本项目在前期初定位控制玉米节根数的QTL的基础上，利用已构建的含有控制玉米节根数主效QTL（qCRN2和qCRN10）的近等基因系，通过回交和自交构建大的分离群体，丰富新的分子标记对目标QTL进行精细定位，预测候选基因，结合具有高密度标记的关联群体验证位点，发展功能型分子标记；同时利用近等基因系与骨干自交系测配杂交组合，研究控制节根数的主效QTL在不同遗传背景下如何在提高氮效率方面发挥作用。为氮高效玉米新品种的分子设计育种提供理论依据和种质基础。

根系遗传改良对于实现作物高产高效有着重要意义。本项目在染色体臂2.04处定位到一个控制有效气生根数量主效QTL-qEBRN2，其LOD 高达18，可以解释42%的表型变异。利用后代表型测验的策略，通过精细定位，将该位点锚定到物理距离在12.4Kb的基因组区间内，其中包含2个候选基因。将QTL- qEBRN2近等基因系a83与60多个来自不同国家的玉米自交系进行杂交，证明其具有显著的遗传效应，其测交种平均可以显著增加3-5条有效气生根数，且具有节肥潜力。同时，利用4个重组自交系（ROAM群体，含800个系）在3个环境下和AM群体（500个系）在8个环境条件下，利用高密度的SNP标记，结合连锁和关联分析，发现玉米节根数性状受大量微效的QTL位点控制，遗传基础复杂。通过对显著位点附近已知基因分析发现多个控制生长素、细胞分裂素、茉莉酸、赤霉素和油菜素内酯等激素途径的关键基因参与玉米节根发育过程，其中生长素途径（auxin–TIR1/ABF2–AUX/IAA-ARF–LBD）起到最为重要的调控作用。进一步对周围不存在已知基因的显著SNP位点进行筛选，2个群体中共计得到53个SNP位点，其中关联群体中发现的22个显著SNP都落在连锁分析的QTL区域内，这些位点可能参与玉米节根的发育。