Phân tích các locus tính trạng xác định hàm lượng dầu, tinh bột và protein trong hạt ngô có hàm lượng dầu cao bằng cách sử dụng các dấu hiệu SSR

Euphytica - Tập 162 - Trang 335-344 - 2007
J. Zhang1, X. Q. Lu1, X. F. Song1, J. B. Yan1, T. M. Song1, J. R. Dai1, T. Rocheford2, J. S. Li1
1National Maize Improvement Center of China, China Agricultural University, Beijing, China
2Department of Crop Sciences, University of Illinois, Urbana, USA

Tóm tắt

Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định các locus tính trạng (QTL) điều khiển hàm lượng dầu, protein và tinh bột trong hạt ngô và đánh giá tác động di truyền của chúng. Quần thể bản đồ bao gồm 298 dòng gia đình F2:3 chứa gen ngô hàm lượng dầu cao Bắc Kinh (BHO). Các cá thể F2 đã được phân tích gen với 183 dấu hiệu SSR để xây dựng bản đồ liên kết di truyền, kéo dài 1.605,7 cM, với khoảng cách trung bình là 8,77 cM. Hàm lượng dầu, protein và tinh bột trong hạt giữa các gia đình F2:3 đã được đo bằng bộ phân tích gần hồng ngoại (NIR). Sử dụng QTL Cartographer, chúng tôi đã xác định được sáu QTL liên quan đến hàm lượng dầu trong hạt, sáu QTL liên quan đến protein và năm QTL liên quan đến hàm lượng tinh bột. Tỷ lệ biến thể kiểu hình được giải thích bởi mỗi QTL đơn lẻ dao động từ 4,34 đến 13,13% đối với dầu, từ 5,19 đến 6,66% đối với protein và từ 4,14 đến 7,85% đối với hàm lượng tinh bột. Các QTL cho hàm lượng dầu, protein hoặc tinh bột thường được phát hiện ở các khoảng cách giống nhau và hướng tác động của chúng nhất quán với dấu hiệu tương quan kiểu hình của chúng. Chúng được coi là các QTL chung cho các thành phần hóa học trong hạt ngô. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xác định được ba QTL cho hàm lượng dầu trong hạt, hai QTL cho protein và ba QTL cho hàm lượng tinh bột, những QTL này nằm ở vị trí nhiễm sắc thể giống hoặc tương tự với các QTL đã được xác định trước đó với gen ngô hàm lượng dầu cao Illinois (IHO). Điều này cho thấy cần thiết phải có nhiều gen đa dạng hơn để phát hiện thêm QTL và khám phá thêm các alen thuận lợi cho thành phần hóa học của hạt ngô.

Từ khóa

#QTL #ngô #hàm lượng dầu #hàm lượng protein #hàm lượng tinh bột #gen đa dạng #dấu hiệu SSR

Tài liệu tham khảo

Ajmone Marsan P, Gorni C, Chittò A, Redaelli R, van Vijk R, Stam P, Motto M (2001) Identification of QTLs for grain yield and grain-related traits of maize (Zea mays L.) using an AFLP map, different testers, and cofactor analysis. Theor Appl Genet 102:230–243 Basten CJ, Weir BS, Zeng ZB (2001) QTL Cartographer, Version 1.15. Department of Statistics, North Carolina State University, Raleigh, NC Benitez JA, Gernat AG, Murillo JG, Araba M (1999) The use of high oil corn in broiler diets. Poultry Sci 78:861–865 Berke T, Rocheford TR (1995) Quantitative trait loci for flowering, plant and ear height, and kernel traits in maize. Crop Sci 35:1542–1549 Boyer CD, Hannah LC (2001) Kernel mutants of corn. In: Hallauer AR (eds) Specialty corns. CRC, Boca Raton, FL, pp 1–31 Champoux MC, Wang G, Sarkarung S, Mackill DJ, O’Toole JC, Huang N, McCouch SR (1995) Locating genes associated with root morphology and drought avoidance in rice via linkage to molecular markers. Theor Appl Genet 90:969–981 Churchill GA, Doerge RW (1994) Empirical threshold values for quantitative trait mapping. Genetics 138:963–971 Dudley JW, Lambert RJ (1992) Ninety generations of selection for oil and protein in maize. Maydica 37:81–87 Dudley JW, Lambert RJ (2004) 100 generations of selection for oil and protein in corn. Plant Breed Rev 24:97–110 Falconer DS (1976) Introduction to quantitative genetics. Longman Group, London, pp 365 Fan CC, Xing YZ, Mao HL, Lu TT, Han B, Xu CG, Li XH, Zhang QF (2006) GS3, a major QTL for grain length and weight and minor QTL for grain width and thickness in rice, encodes a putative transmembrane protein. Theor Appl Genet 112:1164–1171 Fisher DK, Boyer CD, Hannah LC (1993) Starch branching enzyme II from maize endosperm. Plant Physiol 102:1045–1046 Gale MD, Devos KM (1998) Plant Comparative Genetics after 10 Years. Science 282(5389):656–659 Gaut BS, Thierry d’Ennequin ML, Peek AS, Sawkins MC (2000) Maize as a model for the evolution of plant nuclear genomes. Proc Natl Acad Sci USA 97(13):7008–7015 Goldman IL, Rocheford TR, Dudley JW (1993) Quantitative trait loci influencing protein and starch concentration in the Illinois long term selection maize strains. Theor Appl Genet 87:217–224 Goldman IL, Rocheford TR, Dudley JW (1994) Molecular markers associated with maize kernel oil concentration in an Illinois high protein x Illinois low protein cross. Crop Sci 34:908–915 Groh S, González-de-León D, Khairallah MM, Jiang C, Bergvinson D, Bohn M, Hoisington DA, Melchinger AE (1998) QTL Mapping in tropical maize: III. Genomic regions for resistance to Diatraea spp. and associated traits in two RIL Polulations. Crop Sci 38:1062–1072 Hill WG (2005) A century of corn selection. Science 307:683–684 Hopkins GC (1899) Improvement in the chemical composition of the corn kernel. Illinois Agric Expt Sta Bul 55:205–240 Jiang C, Edmeades GO, Armstead I, Lafitte HR, Hayward MD, Hoisington D (1999) Genetic analysis of adaptation differences between highland and lowland tropical maize using molecular markers. Theor Appl Genet 99:1106–1119 Kao CH, Zeng ZB, Teasdale RD (1999) Multiple interval mapping for quantitative trait loci. Genetics 152:1203–1216 Lambert RJ (2001) High-Oil Corn Hybrids. In: Hallauer AR (eds) Specialty corns. CRC, Boca Raton, FL, pp 131–154 Lambert RJ, Alexander DE, Mollring EL, Wiggens B (1997) Selection for increased oil concentration in maize kernels and associated changes in several kernel traits. Maydica 42:39–43 Laurie CC, Chasalow SD, Ledeaux JR, McCarroll R, Bush D, Hauge B, Lai CQ, Clark D, Rocheford TR, Dudley JW (2004) The genetic architecture of response to long-term artificial selection for oil concentration in the maize kernel. Genetics 168:2141–2155 Li JM, Thomson M, McCouch SR (2004) Fine Mapping of a grain-weight quantitative trait locus in the pericentromeric region of rice chromosome 3. Genetics 168:2187–2195 Lincoln SE, Daly MJ, Lander ES (1993) Constructing genetic linkage maps with MAPMAKER/EXP Version 3.0. A whitehead institute for biomedical research technical report, third edition, Whitehead Institute, Cambridge, MA Lu H, Romero-Severson J, Bernardo R (2003) Genetic basis of heterosis explored by simple sequence repeat markers in a random-mated maize population. Theor Appl Genet 107:494–502 Lübberstedt T, Zein I, Andersen JR, Wenzel G, Krützfeldt B, Eder J, Ouzunova M, Chun S (2005) Development and application of functional markers in maize. Euphytica 146:101–108 Melchinger AE, Utz HF, Schön CC (1998) Quantitative trait locus (QTL) mapping using different testers and independent population samples in maize reveals low power of QTL detection and large bias in estimates of QTL effects. Genetics 149:383–403 Moose SP, Dudley JW, Rocheford TR (2004) Maize selection passes the century mark: a unique resource for 21st century genomics. Trends Plant Sci 9(7):358–364 Ohlrogge HB, Jaworski JB (1997) Regulation of fatty acid synthesis. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 48:109–136 O’Quinn PR, Nelssen JL, Goodband RD, Knabe DA, Woodworth JC, Tokach RD, Lohrmann TT (2000) Nutritional value of a genetically improved high-lysine, high-oil corn for young pigs. J Animal Sci 78:2144–2149 Rediňa ED, Mackill DJ (1998) Quantitative trait locus analysis for rice panicle and grain characteristics. Theor Appl Genet 96:957–963 Saghai-Maroof MA, Soliman KM, Jorgensen RA, Allard RW (1984) Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamic. Proc Natl Acad Sci USA 81:8014–8018 Sanguineti M, Tuberosa R, Landi P, Salvi S, Maccaferri M, Casarini E, Conti S (1999) QTL analysis of drought-related traits and grain yield in relation to genetic variation for leaf abscisic acid concentration in field-grown maize. J Exp Bot 50:1289–1297 SAS Institute (1996) SAS users guide: statistics. SAS Institute Inc., Cary, NC Senior ML, Heun M (1993) Mapping maize microsatellites and polymerase chain reaction confirmation of the targeted repeats using a CT primer. Genome 36:884–889 Song TM, Chen SJ (2004) Long term selection for oil concentration in five maize populations. Maydica 49(1):9–14 Song TM, Kong F, Li CJ, Song GH (1999) Eleven cycles of single kernel phenotypic recurrent selection for percent oil in Zhongzong No.2 maize synthetic. J Genet Breed 53:31–35 Song XF, Song TM, Dai JR, Rocheford TR, Li JS (2004) QTL mapping of kernel oil concentration with high-oil maize by SSR markers. Maydica 49(1):41–48 Stuber CW, Edwards MD, Wendel JF (1987) Molecular marker-facilitated investigations of quantitative trait loci in maize. II. Factors influencing yield and its component traits. Crop Sci 27:639–648 Stuber CW, Lincoln SE, Wolff DW, Helentjaris T, Lander ES (1992) Identification of genetic factors contributing to heterosis in a hybrid from 2 elite maize inbred lines using molecular markers. Genetics 132:823–839 Xiao JH, Grandillo S (1996) Genes from wild rice improving yield. Nature 384:223–224 Yan JB, Tang H, Huang YQ, Zheng YL, Li JS (2006) Quantitative rait loci mapping an epistatic analysis for grain yield and yield components using molecular markers with an elite maize hybrid. Euphytica 149:121–131 Zeng ZB (1994) Precision mapping of quantitative trait loci. Genetics 136:1457–1468