全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2016, 42(5): 758767 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31301322)和辽宁省科技特派项目(2014215031)资助。
This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31301322) and the Special Talent Appointment in Techno-
logy of Liaoning Province (2014215031).
* 通讯作者(Corresponding author): 吕香玲, E-mail: lvxiangling521@126.com, Tel: 13664105185
第一作者联系方式: E-mail: yanwei1452@hotmail.com, Tel: 18512468548
Received(收稿日期): 2015-10-15; Accepted(接受日期): 2016-03-02; Published online(网络出版日期): 2016-03-14.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160314.1444.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2016.00758
玉米抗灰斑病 QTL元分析及其验证
闫 伟 李 元 宋茂兴 张旷野 孙铭泽 瞿 会 李凤海
钟雪梅 朱 敏 杜万里 吕香玲*
沈阳农业大学特种玉米研究所, 辽宁沈阳 110866
摘 要: 玉米灰斑病是危害玉米生产的主要病害之一, 目前对抗灰斑病基因数目、位置及作用方式仍然不清楚, 这严重
制约着玉米抗灰斑病育种进展。本研究利用元分析方法分析并整理了 14篇玉米抗灰斑病 QTL文献的信息, 共筛选确定
了 13个一致性 QTL区间。利用以自交系 81162为轮回亲本、自交系 CN165为非轮回亲本构建的回交导入群体根据连
锁不平衡原理对 13 个一致性 QTL 进行验证, 在 13个一致性 QTL区间共获得 20多个偏分离位点。第 1和第 4染色体
上偏分离最严重, 其他染色体上偏分离度较小。说明第 1 和第 4 染色体上存在着效应较大的抗病 QTL。第 1 染色体标
记 umc2227、bnlg1832、umc1243、umc2025、umc1515、umc1297、umc1461处供体基因频率均在 50%以上, 可能存在
几个连锁的抗病基因。第 4 染色体上基因位于标记 bnlg2291 和 umc1194 之间。研究为精细定位供体 CN165 中第 1 和
第 4染色体上的抗灰斑病 QTL奠定了基础。
关键词: 灰斑病; 元分析; 一致性 QTL; 回交导入系; 主效 QTL
Meta-analysis and Validation of QTL for Resistance to Gray Leaf Spot in
Maize
YAN Wei, LI Yuan, SONG Mao-Xing, ZHANG Kuang-Ye, SUN Ming-Ze, QU Hui, LI Feng-Hai, ZHONG
Xue-Mei, ZHU Min, DU Wan-Li, and LÜ Xiang-Ling*
Special Maize Institute, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China
Abstract: Gray leaf spot (GLS) is one of the most severe leaf diseases of maize worldwide. The breeding progress for resistance
to GLS has been seriously hindered by less knowledge about QTL number, QTL intervals and mechanism of GLS. Based on
meta-analysis, we conformed 13 consensus QTL regions from 14 articles on resistance to gray leaf spot of maize. One backcross
with inbred line 81162 as recurrent parent and inbred line CN165 as donor parent, was used to test the consensus of those 13 QTL
regions on the basic of linkage disequilibrium getting more than 20 partial separated loci. High level of partial separation indicated
that there were QTLs with high effects of resistance to GLS on chromosome 1 and chromosome 4. On chromosome 1, the donor
genes closed to markers of umc2227, bnlg1832, umc1243, umc2025, umc1515, umc1297, and umc1461 showed the frequency
over 50%. Therefore, we inferred that there were a few of highly linked QTLs on chromosome 1. The resistant QTL on chromo-
some 4 was located between markers bnlg2291 and umc1194. Consequently, this study could lay a foundation for the QTL fine
mapping on chromosome 1 and chromosome 4 in the donor parent CN165.
Keywords: Gray leaf spot; Meta-analysis; Consensus QTLs; Backcross introgression lines; Major QTL
玉米灰斑病是由尾孢菌侵染玉米叶部引起的真菌病
害 , 又被称为玉米尾孢菌叶斑病 [1-2]。玉蜀黍尾孢菌
(Cecrospora zeae-maydis Tehon & Daniels)为玉米灰斑病
的真菌侵染病原 , 主要残存在土壤中的病植物残体上越
冬, 其分生孢子通过风和雨水飞溅散布到玉米植株上。温
和潮湿的条件下灰斑病会进一步侵染 , 导致严重的叶片
衰老和茎秆腐烂。于 20世纪 20年代在美国首次发现灰斑
病, 如今已成为危害玉米生产的主要病害[3]。长期的生产
第 5期 闫 伟等: 玉米抗灰斑病 QTL元分析及其验证 759


实践证明 , 选育和推广抗病品种是防治玉米灰斑病的最
有效的途径之一[4-5]。
研究表明 , 玉米对灰斑病的抗性属多基因控制的数
量性状, 其不同的基因作用方式和效应不同, 抗性基因的
累积可使品种产生较高的抗性。因此玉米抗灰斑病主效
QTL 的发掘对玉米抗病育种具有重要意义[6]。自 20 世纪
90 年代以来, 国内外学者开展了一些玉米抗灰斑病的基
因定位研究, 发掘出数量较多的抗病 QTL[7-20]。但由于不
同研究间存在材料遗传背景、发病环境条件、图谱标记密
度等差异, 定位结果间一致性较差。目前对抗灰斑病基因
数目、位置及作用方式仍然不清楚, 这严重制约着玉米抗
灰斑病育种进展。
元分析(Meta-analysis)统计方法是对众多现有实证文
献的再次统计 , 通过将不同文献的QTL位点统一投射到
参考图谱上, 根据每个QTL的中心位置及其置信区间, 即
可以根据最大概率的原理估计出真实QTL的位置、缩小
QTL的置信区间。目前, 高密度的玉米IBM遗传图谱为不
同试验QTL整合和一致性图谱构建奠定了基础 [21]。
Chardon等[22]提出利用overview和元分析的方法对玉米花
期相关的313个QTL信息进行整合分析, 考虑QTL定位中
作图群体及其大小、QTL效应等因素, 最终获得62个一致
性QTL。Truntzler等[23]利用元分析整合了11个不同材料的
与青贮玉米品质相关的QTL原始图谱, 得到一致性QTL。
这种基于性状定位的比较研究不仅有助于发掘一致性主
效基因位点及其连锁标记, 同时为基因/QTL的克隆和利
用提供了新手段[24]。
杂交、回交与自交方法相结合, 构建高世代回交导入
系(或近等基因系)基因定位的理论, 成为目前开展性状理
论研究和育种实践相结合的一个有效途径。因为构建的回
交导入系, 其每一导入系与导入系, 或与轮回亲本仅在某
几个染色体片段上有差异, 这样的植株适用于性状分析,
可作为目标性状遗传与生理学基础研究分析的材料; 同
时导入系在遗传背景上继承了轮回亲本的主要优良基因,
基本保持了原有轮回亲本的一般配合力与特殊配合力 ,
可以快速应用于育种[25]。如徐建龙等[26]、Li 等[27]、李芳
等[28]、Xie等[29]分别利用回交导入系进行了水稻抗旱、抗
病及产量品质相关的 QTL研究; Ho等[30]、吕香玲等[31]、
Li等[32]、Salvi等[33]、Pea等[34]、Teng等[35]分别利用导入
系进行了玉米抗旱、抗病和产量相关 QTL的定位研究。
本文利用元分析方法对不同玉米群体的抗灰斑病
QTL 进行整合分析 , 并对分析结果进行有条件的筛选 ,
确定玉米抗灰斑病一致性 QTL。然后利用回交导入系群
体进行一致性 QTL验证, 发掘玉米抗灰斑病主效 QTL。
1 材料与方法
1.1 玉米抗灰斑病 QTL文献下载及格式文件整理
从NCBI、SpringerLink等网站下载已发表的玉米抗灰
斑病QTL相关文献 , 根据元分析软件格式要求按照QTL
名称、染色体位置、置信区间、临近标识、群体类型等信
息整理数据。
1.2 玉米抗灰斑病 QTL信息整合及元分析
通过阅读文献 , 将整理好的每个QTL的相关信息按
一定格式载入BioMercator V4.2.1软件中 , 以IBM2 2008
Neighbors作为参考图谱对所有QTL整合并绘制成整合图
谱。根据整合结果, 分别对第1、第2、第3、⋯⋯、第10
染色体进行元分析, 选取模型AIC值最小的为最适合模型,
以包括2个及以上群体和3个及以上QTL为筛选条件 , 确
定一致性QTL的最可能位置及置信区间。
1.3 利用回交导入系进行一致性 QTL验证
1.3.1 供试材料 以CN165为供体和81162为受体通过
2代回交和2代自交构建出BC2F3群体, 自交系CN165为热
带血缘材料, 高抗多种玉米病害, 植株属于平展型, 较高
大; 81162是吉林农业科学院选育的优良自交系, 株型紧
凑, 叶片夹角小, 但对玉米灰斑病敏感。
1.3.2 灰斑病抗性鉴定 2012年在沈阳农业大学试验
田种植亲本自交系和BC2F3群体, 亲本各种植2行, BC2F3
群体种植60行, 行长4 m, 每行17株, 利用人工接种技术
在该群体内筛选抗玉米灰斑病单株并自交留种 , 每一果
穗构建为一个回交导入系。2013年种植亲本自交系和回交
导入系并人工接种鉴定。采用完全随机区组排列, 单行区
种植每个回交导入系, 行长4 m, 每行17株, 2次重复。鉴
定用的玉米灰斑病菌是从沈阳地区采集的玉米感病叶片
上的病斑, 按常规分离法分离培养的纯培养物。采用玉米
叶粉碳酸钙琼脂培养基(MLPCA)进行分生孢子的培养。用
无菌水配制成接种用分生孢子悬液 , 将其浓度调至
2.5×103个 mL–1。在玉米植株喇叭口期(第9~第11叶期),
用喷嘴处装有20 mL注射器针头的手提式注射器, 从植株
喇叭口处平行插入, 将每株10 mL的病菌孢子悬液注入植
株心叶, 接种所有单株。
按抗病性调查分级方法 [36], 于玉米乳熟期田间目测
调查接种部位上、下叶片的发病情况, 记载病情级别。当
鉴定圃中的感病对照丹340达到其相应的感病程度(7级)
以上时, 鉴定则视为有效。1级为叶片上无病斑或仅有零
星病斑, 病斑占叶面积少于或等于5%, 属高抗(HR); 3级
为叶片上有少量病斑 , 占叶面积6%~10%, 属抗(R); 5级
为叶片上病斑较多, 占叶面积11%~30%, 属中抗(MR); 7
级为叶片上有大量病斑, 病斑相连, 占叶面积31%~70%,
属感病(S); 9级为叶片基本被病斑覆盖, 叶片枯死, 属高
感(HS)。
1.3.3 回交导入系的基因型 采用CTAB法提取54个
抗玉米灰斑病单株基因组DNA。在MaizeGDB数据库中根
据获得的一致性QTL区间所在的染色体区域查找SSR标
记信息, 下载引物序列, 由生工生物工程(上海)股份有限
公司合成引物。SSR标记分析包括PCR扩增、聚丙烯酰胺
凝胶电泳、银染等程序, 参考LABORATARY PROTOCOLS
分析方法[37], 并根据经验优化检测技术。首先在亲本间进
760 作 物 学 报 第 42卷


行多态性筛选 , 获得具有多态性的引物分析导入系基因
型。在同等迁移速率下, 用“A”表示后代单株扩增条带与
亲本CN165条带相一致, “B”表示与亲本81162条带相一致,
“H”表示杂合条带, “U”表示缺失条带。
1.3.4 主效QTL分析方法 根据连锁不平衡理论分析
电泳检测结果 , 当所选单株的某一标记位点基因型频率
与理论期望值之间存在显著差异时 , 认为存在该选择位
点。通常选择P≤0.0001的显著水平来减小误差。其中供
体位点的基因频率高, 表明存在对供体基因的有利选择,
反之则不利; 同时可以推断在高频率基因型的标记处存
在性状相关的QTL。当这种偏分离相关性是由供体纯合子
引起时, 表明基因间存在着加性效应; 如果偏分离是由供
体杂合子引起, 表明基因间存在着超显性效应; 若偏分离
是由供体纯合子和杂合子共同引起 , 则表明存在着部分
或者完全显性。
2 结果与分析
2.1 玉米抗灰斑病 QTL文献及整理
通过浏览NCBI等网站, 本文整理了14篇玉米抗灰斑
病QTL文献的信息, 共得到98个QTL区间(表1)。

表 1 玉米抗灰斑病 QTL的文献信息
Table 1 Reference informations of resistance to gray leaf spot of corn
亲本
Parent
QTL位点数
Number of QTL
群体大小
Size of population
群体类型
Type of population
参考文献
Reference
Y32×Q11 10 161 F2:3 Zhang et al. 2012 [7]
VO613Y×Pa405 2 46 F2:4 Gordon et al. 2004 [8]
Parents unclear 2 230 F2 Lehmensiek et al. 2001 [9]
Parents unclear 5 37 RIL Danson et al. 2008 [10]
FR1141×061 16 301 BCP1S1 Clements et al. 2000 [11]
Va14×B73 12 239 F2 Saghai Maroof et al. 1996 [12]
L30×L31 5 240 F2 Veiga et al. 2012 [13]
Parents unclear 5 46 F2:3 Pozar et al. 2009 [14]
CML52×B73 2 196 RIL Chung et al. 2011 [15]
Ki14×B73 3 109 RIL Zwonitzer et al. 2010 [16]
CML202×VP31 4 38 F2:3 Asea et al. 2012 [17]
Mo17×B13 5 288 RIL Balint et al. 2008 [18]
NC250A×B73 14 26 F2:3 Bubeck et al. 1993 [19]
CML444×SC Malawi 13 145 RIL Berger et al. 2014 [20]
对于个别未给出原始图谱的 QTL, 可以利用 IBM2 2008 Neighbors参考图谱来确定该 QTL所在区间。
IBM2 2008 Neighbors can be used to identify the region of QTL when the QTL is not given in the primitive maps.

2.2 玉米抗灰斑病 QTL的整合与一致性 QTL确定
整合已经定位的98个QTL。表明, 在玉米的10条染色
体上均有玉米抗灰斑病QTL存在 , 每条染色体上分布的
数量不同, 主要集中在第1、第2、第4、第5、第7、第8、
第9染色体上。第6染色体上整合的QTL数最少(3个QTL),
第4条染色体上整合的QTL数最多(21个QTL)。各QTL整合
到IBM2 2008 Neighbors参考图谱后的区间大小差异较大,
从最小的1.7 cM到最大的277.83 cM。
对98个抗灰斑病QTL进行元分析。在软件给出的5个
分析模型中, 选择AIC值最小的模型, 共得到34个QTL区
间(表2)。本文以群体数≥2、整合QTL数≥3为筛选条件,
最终确定13个一致性QTL。这些QTL分别位于第1染色体3
个, 置信区间分别为405.29~409.74 cM、525.28~538.44 cM
和927.07~973.79 cM; 第2染色体4个 , 置信区间分别为
280.51~288.84 cM、372.29~383.96 cM、468.84~486.22 cM
和624.34~635.58 cM; 第4染色体4个, 置信区间分别为175.09~
187.61 cM、288.88~292.71 cM、433.84~444.70 cM和524.51~
525.48 cM; 第7染色体1个, 置信区间为186.17~259.98 cM;
第8染色体1个, 置信区间为378.64~390.84 cM (图1)。
2.3 回交导入系抗病性表现
2012年对 BC2F3群体单株接种鉴定, 共获得54个抗病
表现3级以上的抗病单株并自交留种获得其回交导入系。
2013年对54个回交导入系重复鉴定 , 从每一回交导入系
每一重复选取连续10株调查病斑覆盖度 , 并由10个单株
病斑覆盖度平均水平确定该导入系的抗感级别。对一个导
入系, 选取2次重复鉴定结果中发病级别较高的结果作为
导入系的最终抗感级别。54个回交导入系的抗病表现鉴定
结果见表3。其中抗病性表现为1级的家系有21个, 3级的家
系有19个, 5级的家系有14个。
2.4 标记位点基因型分析
根据获得的 13个一致性 QTL结果及玉米MaizeGDB
信息选取一致性 QTL 区间的标记进行亲本多态性筛选,
获得 74对在亲本间表现多态性的引物。利用该 74对亲本
多态性引物对 54 个抗病单株进行标记基因型分析, 并计
算供体基因频率。供体基因频率最高达 89%, 其中达 50%
以上的标记有 15个, 分别位于第 1和第 4染色体上(表 4)。
第 5期 闫 伟等: 玉米抗灰斑病 QTL元分析及其验证 761


表 2 玉米抗灰斑病 QTL的元分析结果
Table 2 QTL meta-analysis of resistance to gray leaf spot of corn
染色体
Chr.
可能位置
Position (cM)
置信区间
Confidence interval (cM)
整合 QTL数
No. of QTL
群体数
Population size
左标记
Left marker
右标记
Right marker
1 407.52 405.29–409.74 6 5 csu3 CG998729
531.86 525.28–538.44 4 2 TIDP6661 umc1398
702.52 # 691.06–713.98 2 2
950.43 927.07–973.79 3 2 lim99a ias13a
2 284.67 280.51–288.84 4 3 TIDP5306 mmp167
378.13 372.29–383.96 3 2 agrr267b mc1
477.53 468.84–486.22 4 3 umc2608 mmc0191
629.96 624.34–635.58 5 3 IDP4939 csu200a
3 152.45 # 73.27–196.12 1 1
349.85 # 297.90–401.80 1 1
544.60 # 535.82–554.39 1 1
734.96 # 705.71–764.21 2 2
4 181.35 175.09–187.61 3 2 umc2176 mmp111
290.79 288.88– 292.71 5 4 chr112a bnl15.45
439.27 433.84–444.70 4 2 dek31 gpm302a
525.00 524.51–525.48 8 4 npi444 umc15a
5 420.48 # 401.49–439.46 2 2
465.24 # 445.04–485.44 2 1
219.14 # 126.18–312.10 1 1
6 361.01 # 312.78–432.31 1 1
432.31 # 361.01–441.04 1 1
7 223.07 186.17–259.98 3 2 bnlg1094 umc5b
310.23 # 283.55–336.90 2 1
400.80 # 385.10–416.50 2 2
146.60 # 139.50–153.70 4 1
8 384.74 378.64–390.84 3 3 bnl12.36b gpm511
424.59 # 422.95–426.23 2 1
66.12 # 56.53–74.80 1 1
9 246.00 # 243.00–249.00 1 1
266.39 # 256.59–278.89 1 1
77.54 # 70.71–84.37 2 1
190.71 # 180.70–199.50 1 1
10 335.50 # 325.52–344.80 1 1
379.10 # 369.18–389.03 2 2
表中“#”表示不满足群体数≥ 2、整合 QTL数≥ 3筛选条件的一致性 QTL区间。
The “consensus” QTLs that are not conformed under the condition of group number ≥ 2 and QTL number ≥ 3 are denoted by the sign “#”.

2.5 主效 QTL分析
本试验 54个导入系 DNA采自 BC2F3世代, 根据计算
可知 , 在非选择的情况下 , 群体中某一单株在单一标记
位点上基因型的理论概率 P(AA)∶P(Aa)∶P(aa) = 3∶2∶
27, 分别代表了来源于供体亲本的基因纯合、基因杂合和
来源于轮回亲本的基因纯合的理论概率。根据此理论值,
计算 3 种基因型的 χ2值, 利用 χ2值的显著性检验判断标
记位点附近是否存在抗病性 QTL。
表 4表明, 74个标记位点中 20多个位点出现了严重
偏分离现象。其中第 1 染色体标记位点 χ2 值最大达到
121.46, 第 2 染色体达 64.7, 第 4 染色体达 213.98, 第 7
染色体达 18.98, 第 8染色体达 24.76。由此说明第 1和第
4 染色体上存在主效抗病 QTL, 第 2 染色体上抗病 QTL
效应次之, 其他染色体上的抗病 QTL效应可能较小。
根据 IBM2 2008 Neighbors标记顺序, 分析染色体上
χ2值变化。由图 2可见, 第 1染色体上 χ2值没有显著的一
762 作 物 学 报 第 42卷



图 1 玉米抗灰斑病 QTL的元分析
Fig. 1 QTL meta-analysis of resistance to gray leaf spot of corn
图中染色体左侧垂直线代表 QTL置信区间, 水平线代表 LOD值。红色垂直线所标出的区间为各染色体上的一致性 QTL区间。
In the figure, the vertical lines on the left of chromosome denote the confidence interval and the horizontal lines denote the LOD.
The intervals pointed out by red vertical lines are the “consensus” QTL.

第 5期 闫 伟等: 玉米抗灰斑病 QTL元分析及其验证 763


表 3 54个导入系抗病性表现
Table 3 Resistance performance of 54 backcross introgression lines
导入系编号
Code
抗病等级
Resistance grade
导入系编号
Code
抗病等级
Resistance grade
导入系编号
Code
抗病等级
Resistance grade
1 1 19 3 37 1
2 1 20 1 38 3
3 1 21 1 39 5
4 1 22 3 40 5
5 5 23 3 41 1
6 3 24 1 42 1
7 1 25 1 43 3
8 1 26 1 44 5
9 3 27 5 45 1
10 3 28 3 46 5
11 3 29 5 47 5
12 3 30 3 48 3
13 3 31 5 49 3
14 5 32 3 50 5
15 5 33 1 51 1
16 5 34 1 52 3
17 1 35 1 53 3
18 3 36 1 54 5
表中 1、3和 5分别代表导入系的抗病等级为 HR、R和 MR。
The resistance grade HR, R, and MR are indicated with numbers 1, 3, and 5 that under resistance grade column.

表 4 标记位点供体基因频率及卡平方值
Table 4 Frequency of donor parent’s genotype and χ2
标记名称
Marker name
bin IBM图谱位置
IBM mapping location
恢复轮回亲本株数
Individual number
供体基因频率
Frequency of gene (%)
χ2 GA
umc1566 1.01 16.50 44 18.5 3.32
umc1363 1.01 83.70 40 26.0 7.77
umc1977 1.01 89.20 36 33.0 20.98 PD
umc1948 1.01 91.50 36 33.0 20.63 PD
bnlgl429 1.02 143.50 38 29.0 32.11 PD
bnlg176 1.03 208.60 31 42.0 60.83 PD
umc1452 1.03 318.37 34 37.0 53.77 PD
bnlg1016 1.04 328.48 31 42.0 60.54 PD
umc2227 1.04 360.90 22 59.4 114.72 PD
bnlg1832 1.05 399.07 22 59.1 118.56 PD
umc1243 1.05 405.00 23 57.0 120.22 PD
umc2025 1.05 417.00 22 60.1 121.46 PD
umc1515 1.05 430.60 23 57.0 112.19 PD
umc1297 1.05 434.69 23 57.0 111.91 PD
umc1461 1.05 438.80 23 57.0 112.53 PD
umc1123 1.06 535.10 39 28.0 18.48 PD
bnlg1057 1.06 548.30 54 0 0.02
764 作 物 学 报 第 42卷


(续表 4)
标记名称
Marker name
bin IBM图谱位置
IBM mapping location
恢复轮回亲本株数
Individual number
供体基因频率
Frequency of gene (%)
χ2 GA
umc1396 1.06 548.40 54 0 0.06
umc1035 1.06 587.00 43 20.0 14.41
umc1122 1.06 599.89 35 35.4 20.73 PD
umc1358 1.07 653.40 45 16.0 0.99
umc1128 1.07 711.50 50 8.0 1.68
phi011 (glb1) 1.09 839.30 51 5.6 4.94
umc1431 1.09 886.10 53 1.9 5.51
bnlg1671 1.10 913.40 54 0 0.06
umc1744 1.11 1051.10 50 7.4 3.91
phi96100 2.01 28.10 45 17.3 19.08 PD
bnlg1302 2.02 119.68 53 1.9 5.38
bnlg1064 2.03 227.10 52 3.0 6.56
umc1065 (pbf1) 2.06 368.10 53 1.9 2.43
nc003 2.06 379.20 54 0 4.86
umc1536 2.07 476.75 54 0 1.37
phi435417 2.08 520.50 32 40.7 64.70 PD
bnlg1940 2.08 577.60 53 2.3 2.87
umc1516 2.08 584.30 52 3.8 3.67
bnlg1520 2.09 599.13 53 1.7 3.81
phi295450 4.01 81.00 51 6.2 0.02
umc1758 4.01 81.00 48 10.2 0.08
umc2280 4.03 158.80 39 28.0 0.10
bnlg490 4.04 237.80 47 13.5 0.06
umc1896 4.05 284.45 48 11.5 0.02
bnlg1621 4.06 349.62 20 62.8 75.51 PD
bnlg2291 4.06 392.20 6 89.0 213.98 PD
umc1194 4.07 429.56 6 89.0 211.65 PD
umc2188 4.08 554.10 16 70.0 154.26 PD
bnlg292b 4.09 573.71 19 64.4 156.01 PD
umc1999 4.09 581.80 17 69.1 120.22 PD
umc2046 4.09 657.00 17 69.1 119.47 PD
umc2044 4.10 695.53 11 79.0 130.28 PD
umc1058 (bip2) 4.11 737.80 48 11.5 0.03
umc1649 4.11 739.30 46 14.8 5.32
bnlg1890 4.11 750.20 50 6.7 2.41
umc1545 (hsp3) 7.00 5.50 39 5.4 1.44
bnlg1380 7.02 188.10 52 4.2 2.34
umc2057 7.02 249.87 53 2.4 2.54
bnlg1305 7.03 302.88 51 6.3 7.80
bnlg1070 7.03 322.70 53 1.0 3.75
phi114 (oec6) 7.03 396.00 51 6.4 11.44
umc1301 7.03 405.50 54 0 10.00
bnlg2259 7.04 489.20 54 0 4.60
umc1412 7.04 518.90 49 9.2 3.99
phi082 7.05 590.08 49 9.2 4.05
第 5期 闫 伟等: 玉米抗灰斑病 QTL元分析及其验证 765


(续表 4)
标记名称
Marker name
bin IBM图谱位置
IBM mapping location
恢复轮回亲本株数
Individual number
供体基因频率
Frequency of gene (%)
χ2 GA
umc2333 7.05 593.40 46 15.4 18.98 PD
umc2635 7.06 662.23 48 11.4 16.51
umc1786 8.01 10.58 53 2.4 4.23
umc1139 8.01 26.80 52 3.3 6.34
umc2520 8.01 55.00 53 2.4 5.94
umc1309 8.05 337.20 52 3.6 8.12
bnlg240 8.06 423.72 52 4.5 4.16
umc2361 8.06 448.12 51 4.7 4.00
umc1724 8.06 456.34 50 7.1 6.22
bnlg1065 8.07 460.80 49 9.1 7.12
umc2357 8.08 514.20 48 10.3 8.64
phi080 8.08 571.50 37 30.6 24.76 PD
供体基因频率指在 SSR 标记位点上供体等位基因所占的比例; χ2值由抗病单株实际基因型偏离 BC2F3群体理论分离比率计算而
得。GA: QTL效应。A: 供体纯合体的频率显著高于期望值, 推测基因作用方式为加性; OD: 杂合体的频率显著高于期望值, 推测基
因作用方式为超显性; CD或 PD: 供体纯合和杂合体的频率高于期望值, 推测基因作用方式为完全显性或部分显性。P = 0.0001时, χ2
值为 18.4。
The frequency represents the percentage of donor- allele introgression at each marker and χ2 statistics (the chi-square goodnessoffit test)
is obtained based on the deviations of the observed genotypic frequencies in the selected resistant individuals from the expectations in
(CN165×81162)×CN165 BC2F3 population. When Chi-square values are at significance level of P = 0.0001, χ2 is 18.4. Gene actions (GA) is
inferred based on the observed genotypic frequencies of the selected individuals, in which additive (A) is suggested by excess donor homo-
zygote, complete or partial dominance (CD or PD) by excess of both donor homozygote and heterozygote, and over dominance (OD) by ex-
cess heterozygote.

图 2 卡平方显著性检验
Fig. 2 Significance testing by χ2 test
766 作 物 学 报 第 42卷


个高峰点, 而是在标记 umc2227、bnlg1832、umc1243、
umc2025、umc1515、umc1297、umc1461处出现一个平缓
的峰线。第 2染色体上 χ2高峰点位于标记 phi435417处。
第 4染色体上 χ2高峰点位于标记 bnlg2291和 umc1194处。
第 7 染色体上 χ2高峰点位于标记 umc2333 处。第 8 染色
体上 χ2高峰点位于标记 phi080 处。这说明在这些位点附
近可能存在抗病 QTL。
3 讨论
迄今, 已有较多玉米抗灰斑病 QTL 定位的研究, 然
而仍然未能找到通用性标记被育种家应用于辅助育种。近
年来, 元分析和生物信息学方法在整合不同 QTL 信息并
进一步挖掘候选基因上得到了广泛的应用。这一基于性状
的比较定位途径可以减少分子育种的基本投入 , 为开发
复杂数量性状的主效基因及标记, 进而为克隆基因/QTL
提供了技术支持。本研究通过对前人研究的总结及元分析
处理, 共得到 13 个一致性 QTL。利用回交导入群体根据
连锁不平衡原理对 13 个一致性 QTL 进行验证, 在 13 个
一致性 QTL区间共获得 20多个偏分离位点。第 1和第 4
染色体上偏分离最严重, 其他染色体上偏分离度较少。说
明第 1和第 4染色体上存在着效应较大的抗病 QTL。从 χ2
高峰点来看 , 第 1 染色体比较复杂 , 标记 umc2227、
bnlg1832、umc1243、umc2025、umc1515、umc1297、umc1461
处 χ2 值基本接近, 均较高, 供体基因频率也均在 50%以上,
这说明第 1染色体抗病基因表现十分复杂, 可能存在几个
紧密连锁的抗病基因。这也解释了为什么多数研究在第 1
染色体上均定位到 QTL, 但位置差异较大。第 4染色体上
χ2值最高, 而且供体基因频率达到最大值 89%, 这说明在
本研究供体亲本中第 4 染色体上存在一个效应较大的抗
病基因。在前人的研究中, 第 4 条染色体上获得的 QTL
数最多(21 个)。如 Bubeck 等[19]发现在 10 条染色体上均
存在抗病 QTL; Saghai Maroof等[12]发现在第 1、第 2、第
4、第 8、第 10染色体上有 QTL; Gordon等[8,38]发现抗病
QTL 主要分布于第 2 和第 4 染色体的长臂上; Zwonitzer
等 [16]定位的 QTL 分别位于染色体 bins 1.05~1.06,
1.08~1.09, 2.02~2.03, 3.04~3.05, 4.05, 7.02, 8.07~8.09,
10.05; Benson等[39]发现在第 1、第 2、第 4染色体上存在
QTL。综合玉米抗灰斑病基因(QTL)定位研究表明, 玉米
10 条染色体上均可能存在抗病 QTL, 而且不同材料控制
灰斑病抗性的 QTL 数目与位置不同 , 多数研究都含有
2~3个主效 QTL。如 Gordon等[8]分别在染色体 bin2.09和
bin 4.08定位到 2个主效 QTL; Lehmensiek等[9]研究发现
染色体 bin1.04 和 bin2.04 各存在一个效应值较高的主效
QTL; Veiga等[13]得到位于 bin4.03、bin4.04和 bin4.05的 3
个主效 QTL; Chung等[15]定位出 2个主效 QTL, 分别位于
bin1.04 和 bin8.05; Zwonitzer 等[16]检测到 3 个主效 QTL,
分别位于 bin1.05、bin1.08和 bin2.02; Asea等[17]分别在染
色体 bin2.09和 bin4.08检测到主效 QTL; Balint等[18]定位
到 3个与抗病有关的主效 QTL, 分别位于 bin1.05、bin2.04
和 bin4.05。本研究中供体 CN165中至少含有 2个以上主
效抗病 QTL, 它们分别位于第 1和第 4染色体。
References
[1] 王桂清, 陈捷. 玉米灰斑病抗病性研究进展. 沈阳农业大学学
报, 2000, 31: 418–422
Wang G Q, Chen J. The research progress of resistance to gray
leaf spot of maize. J Shenyang Agric Univ, 2000, 31: 418–422 (in
Chinese with English abstract)
[2] Wang J, Levy M, Dunkle L D. Sibling species of Cercospora as-
sociated with gray leaf spot of maize. Phytopathology, 1998, 88:
1269–1275
[3] Ward J M J, Stromberg E L, Nowell D C, Nutter F W J. Gray leaf
spot::a disease of global importance in maize production. Plant
Dis, 1999, 83: 884–895
[4] 李世强, 陈威, 谭静, 王坤, 番兴明. 玉米灰斑病的抗性机理
研究进展. 生物技术进展, 2011, (1): 112–115
Li S Q, Chen W, Tan J, Wang K, Fan X M. The progress of resis-
tance mechanism on maize gray leaf spot. Curr Biotechnol, 2011,
(1): 112–115 (in Chinese with English abstract)
[5] 曹国辉 . 玉米灰斑病及抗性研究 . 玉米科学 , 2009, 17:
152–155
Cao G H. The research advance on resistance to grey leaf spot in
maize. J Maize Sci, 2009, 17: 152–155 (in Chinese with English
abstract)
[6] 吕香玲, 李新海, 陈阳, 史振声, 李凤海, 傅俊范. 玉米种质
抗灰斑病鉴定与评价. 玉米科学, 2011, 19(6): 125–128
Lü X L, Li X H, Chen Y, Shi Z S, Li F H, Fu J F. Evaluation and
identification of resistance to gray leaf spot (gls) in maize germ-
plasm. J Maize Sci, 2011, 19(6): 125–128 (in Chinese with Eng-
lish abstract)
[7] Zhang Y, Xu L, Fan X M, Tan J, Chen W. QTL mapping of resis-
tance to gray leaf spot in maize. Theor Appl Genet, 2012, 125:
1797–1808
[8] Gordon S G, Bartsch M, Matthies I, Gevers H O, Lipps P E.
Linkage of molecular markers to Cercosporazeae-maydis resis-
tance in maize. Crop Sci, 2004, 44: 628–636
[9] Lehmensiek A, Esterhuizen A M, Staden D V, Nelson S W, Retief
A E. Genetic mapping of gray leaf spot(GLS) resistance genes in
maize. Theor Appl Genet, 2001, 103: 797–803
[10] Danson J, Lagat M, Kimani M, Kuria A. Quantitative trait loci
(QTLs) for resistance to gray leaf spot and common rust diseases
of maize. Afr J Biotechnol, 2008, 7: 3247–3254
[11] Clements M J, Dudley J W, White D G. Quantitative trait loci
associated with resistance to gray leaf spot of corn. Phytopathol-
ogy, 2000, 90: 1018–1025
[12] Saghai Maroof M A, Yue Y G, Xiang Z X, Stromberg E L,
Rufener G K. Identification of quantitative trait loci controlling
resistance to gray leaf spot disease in maize. Theor Appl Genet,
1996, 93: 539–546
[13] Veiga A D, Pinho R G V, Resende L V. Quantitative trait loci
associated with resistance to gray leaf spot and grain yield in corn.
Ciênc Agrotec, 2012, 36: 31–38
[14] Pozar G, Butruille D, Silva H D, McCuddin Z P, Penna J C V.
第 5期 闫 伟等: 玉米抗灰斑病 QTL元分析及其验证 767


Mapping and validation of quantitative trait loci for resistance to
Cercosporazeae-maydis infection in tropical maize. Theor Appl
Genet, 2009, 118: 553–564
[15] Chung C L, Poland J, Kump K, Benson J, Longfellow J, Walsh E,
Balint K P, Nelson R. Targeted discovery of quantitative trait loci
for resistance to northern leaf blight and other diseases of maize.
Theor Appl Genet, 2011, 123: 307–326
[16] Zwonitzer J C, Coles N D, Krakowsky M D, Arellano C, Holland
J B, McMullen M D, Pratt R C, Balint-Kurti P J. Mapping resis-
tance quantitative trait Loci for three foliar diseases in a maize
recombinant inbred line population-evidence for multiple disease
resistance? Phytopathology, 2010, 100: 72–79
[17] Asea G, Vivek B S, Lipps P E, Pratt R C. Genetic gain and cost
efficiency of marker-assisted selection of maize for improved re-
sistance to multiple foliar pathogens. Mol Breed, 2012, 29:
515–527
[18] Balint K P J, Wisser R, Zwonitzer J C. Use of an advanced inter-
cross line population for precise mapping of quantitative trait loci
for gray leaf spot resistance in maize. Crop Sci, 2008, 48:
1696–1704
[19] Bubeck D M, Goodman M M, Beavis W D, Grant D. Quantita-
tive trait loci controlling resistance to gray leaf spot in maize.
Crop Sci, 1993, 33: 838–847
[20] Berger D K, Carstens M, Korsman J N, Middleton F, Kloppers F
J, Tongoona P, Myburg A A. Mapping QTL conferring resistance
in maize to gray leaf spot disease caused by Cercospora zeina.
BMC Genet, 2014, 15: 60, DOI: 10.1186/1471-2156-15-60
[21] Lee M, Sharopova N, Beavis W D, Grant D, Katt M, Blair D,
Hallauer A. Expanding the genetic map of maize with the inter-
mated B73 × Mo17 (IBM) population. Plant Mol Biol, 2002, 48:
453–461
[22] Chardon F, Virlon B, Moreau L, Falque M, Joets J, Decousset L,
Murigneux A, Charcosset A. Genetic architecture of flowering
time in maize as inferred from quantitative trait loci
meta-analysis and synteny conservation with the rice genome.
Genetics, 2004, 168: 2169–2185
[23] Truntzler M, Barrière Y, Sawkins M C, Lespinasse D, Betran J,
Charcosset A, Moreau L. Meta-analysis of QTL involved in
silage quality of maize and comparison with the position of
candidate genes. Theor Appl Genet, 2010, 121: 1465–1482
[24] Lü X L, Li X H, Xie C X, Hao Z F, Ji H L, Shi L Y, Zhang S H.
Comparative QTL mapping of resistance to sugarcane mosaic
virus in maize based on bioinformatics. Front Agric China, 2008,
24: 365–371
[25] Bernacchi D, Beck-Bunn T, Eshed Y, Lopez J, Petiard V, Uhlig J,
Zamir D, Tanksley S. Identification of QTLs for traits of agro-
nomic importance from Lycopersicon hirsutum. Theor Appl
Genet, 1998, 97: 381–397
[26] 徐建龙, 薛庆中, 罗利军, 黎志康. 近等基因导入系定位水稻
抗稻曲病数量性状位点的研究初报 . 浙江农业学报 , 2002,
14(1): 14–19
Xu J L, Xue Q Z, Luo L J, Li Z K. Preliminary report on quanti-
tative trait loci mapping of false smut resistance using
near-isogenic introgression lines in rice. Acta Agric Zhejiangensis,
2002, 14(1): 14–19 (in Chinese with English abstract)
[27] Li Z K, Fu B Y, Gao Y M, Xu J L, Ali J, Lafitte H R, Jiang Y Z,
Domingo R J, Vijayakumar C H M, Maghirang R, Zheng T Q,
Zhu L H. Genome-wide introgression lines and their use in ge-
netic and molecular dissection of complex phenotypes in rice
(Oryza sativa L.). Plant Mol Biol, 2005, 59: 33–52
[28] 李芳, 程立锐, 许美容, 徐建龙, 黎志康. 利用品质性状的回
交选择导入系挖掘水稻抗纹枯病 QTL. 作物学报, 2009, 35:
1729–1737
Li F, Cheng L R, Xu M R, Xu J L, Li Z K. QTL mining for sheath
blight resistance using the backcross selected introgression lines
for grain quality in rice. Acta Agron Sin, 2009, 35: 1729–1737 (in
Chinese with English abstract)
[29] Xie X B, Jin F X, Song M H, Suh J P, Hwang H G, Kim Y G,
McCouch S R, Ahn S N. Fine mapping of a yield-enhancing QTL
cluster associated with transgressive variation in an Oryza sativa
× O. rufipogon cross. Theor Appl Genet, 2008, 116: 613–622
[30] Ho J C, McCouch S R, Smith M E. Improvement of hybrid yield
by advanced backcross QTL analysis in elite maize. Theor Appl
Genet, 2002, 105: 440–448
[31] 吕香玲, 李新海, 郝转芳, 吉海莲, 史利玉, 张世煌. 基于近
等基因导入系发掘玉米抗甘蔗花叶病毒主效基因. 玉米科学,
2007, 15(3): 9–14
Lü X L, Li X H, Hao Z F, Ji H L, Shi L Y, Zhang S H. Identifica-
tion of major QTL for resistance to sugarcane mosaic virus in
maize based on introgression lines analysis. J Maize Sci, 2007,
15(3): 9–14 (in Chinese with English abstract)
[32] Li Y, Liu C, Shi Y, Song Y, Wang T, Li Y. Genetic location and
evaluation of chromosomal segments for drought tolerance at
flowering stage in maize using selected backcross populations.
Plant Breed, 2009, 128: 342–347
[33] Salvi S, Corneti S, Bellotti M, Carraro N, Sanguineti M C, Cas-
telletti S, Tuberosa R. Genetic dissection of maize phenology us-
ing an intraspecific introgression library. BMC Plant Biol, 2011,
11: 4
[34] Pea G, Aung H H, Frascaroli E, Landi P, Pè M E. Extensive
genomic characterization of a set of near-isogenic lines for het-
erotic QTL in maize (Zea mays L.). BMC Genomics, 2013, 14: 61
[35] Teng F, Zhai L, Liu R, Bai W, Wang L, Huo D, Tao Y, Zheng Y,
Zhang Z. ZmGA3ox2, a candidate gene for a major QTL, qPH3.1,
for plant height in maize. Plant J, 2013, 73: 405–416
[36] 董怀玉, 姜钰, 王丽娟, 徐秀德. 玉米种质资源抗灰斑病鉴定
与评价. 植物遗传资源学报, 2005, 6: 441–443
Dong H Y, Jiang Y, Wang L J, Xu X D. Evaluation on maize germ-
plasm resources for resistance to gray leaf spot. J Plant Genet
Resour, 2005, 6: 441–443 (in Chinese with English abstract)
[37] CIMMYT. Applied Molecular Genetics Laboratory. Laboratory
Protocol. Mexico: CIMMYT, 1998
[38] Gordon S G, Lipps P E, Pratt R C. Heritability and components of
resistance to Cercospora zeae-maydis derived from maize inbred
VO613Y. Phytopathology, 2006, 96: 593–598
[39] Benson J M, Poland J A, Benson B M, Stromberg E L, Nelson
R J. Resistance to gray leaf spot of maize: genetic architecture
and mechanisms elucidated through nested association map-
ping and near-isogenic line analysis. PLoS Genet, 2015, 11:
e1005045