全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(8): 1302−1309 http://www.chinacrops.org/zwxb/
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(30560079)，贵州省优秀科技教育人才省长资金项目[黔省专合字(2005)264 号]和国家重点基础研究发展计划
(973计划)项目(2006CB708206)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 杨文鹏，E-mail: ywpmaize@126.com
第一作者联系方式: E-mail: wlzhsst@yeah.net
Received(收稿日期): 2010-02-23; Accepted(接受日期): 2010-04-22.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.01302
玉米 o16基因回交渗入 o2系的分子标记辅助选择
张文龙 1,2,4 杨文鹏 2,3,* 陈志伟 1,2 王明春 2 杨留启 2 蔡一林 1
1 西南大学农学与生物科技学院, 重庆 400716; 2 贵州省农业科学院旱粮研究所, 贵州贵阳 550006; 3 贵州省农业科学院农业生物技
术重点实验室, 贵州贵阳 550006; 4 贵州省农业委员会种子管理站, 贵州贵阳 550001
摘 要: 在高赖氨酸玉米育种中, 主要是以玉米 opaque-2(o2)突变体作供体回交转育培育亲本材料, 再行培育高赖氨
酸杂交种。但是, 迄今培育的 o2玉米系及其杂交种的籽粒赖氨酸含量约为 0.4%, 不能满足食用和饲用的需求。为了
提高 o2玉米的赖氨酸含量, 本研究利用一个新的高赖氨酸突变基因 opaque-16(o16)的载体 QCL3021作供体, o2玉米
系太系 19为受体, 将 o16基因回交渗入 o2玉米系。在回交的每一世代及随后的自交世代, 用 o2基因内的 SSR标记
umc1066和 o16基因的连锁 SSR标记 umc1141进行前景选择, 再对中选单株进行全基因组 SSR标记的背景选择, 最
后用染料结合赖氨酸法测定籽粒赖氨酸含量, 以便保证筛选出遗传背景恢复率和赖氨酸含量均高的目标单株。在
BC2F4代, 获得携带 o2 和 o16 基因的家系 17 个, 其遗传背景与 o2 玉米系相当(恢复率为 92%∼95%), 赖氨酸含量为
0.469%∼0.599%。其赖氨酸含量比普通玉米平均提高约 122.63%; 比高值亲本太系 19(o2o2)平均提高 22.33%, 增幅为
6.11%∼35.52%; 比低值亲本 QCL3021(o16o16)平均提高 65.86%, 增幅为 43.87%∼83.74%。表明采用标记辅助选择技
术将 o16 基因回交导入 o2 玉米, 能有效提高玉米籽粒的赖氨酸含量, 对高赖氨酸玉米的遗传改良和育种具有重要
意义。
关键词: 分子标记辅助选择; 回交; 高赖氨酸突变体; o16; o2; 玉米
Molecular Marker-Assisted Selection for Corn o2 Introgression Lines with o16
Gene
ZHANG Wen-Long1,2,4, YANG Wen-Peng2,3,*, CHEN Zhi-Wei1,2, WANG Ming-Chun2, YANG Liu-Qi2, and
CAI Yi-Lin1
1 College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2 Institute of Upland Food Crops, Guizhou Academy of
Agricultural Sciences, Guiyang 550006, China; 3 Key Laboratory of Agricultural Biotechnology, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Gui-
yang 550006, China; 4 Seed Administration Station, Guizhou Agricultural Committee, Guiyang 550001, China
Abstract: The opaque-2 (o2) mutant is commonly used as a donor to breed high lysine corn. But the highest lysine content of the
o2 line as well as the resultant hybrids is about 0.4%. It is necessary to increase lysine content for the staple food consumed by
human and animals. QCL3021 line carrying opaque-16 (o16) gene is another high lysine mutant. This study was performed to
transfer o16 gene into o2 line through hybridization between QCL3021 (donor) and o2 line Taixi 19 (receiver) followed by multi-
ple backcrossing. The foreground selection was performed using simple sequence repeats (SSR) marker umc1066 for o2 gene and
umc1141 for o16 gene in every backcrossing and subsequent inbred generation. Selected plants were then screened for recovery of
genetic background using SSR markers covering the whole genome. Grain lysine content was determined by dye-binding lysine
(DBL) method. Plants with high lysine content and higher genetic background recovery ratio were eventually chosen. In BC2F4
generation, 17 family lines which carry both o2 and o16 genes were identified, with the genetic background recovery ratio of
92%–95%, indicating that the genome of these lines was highly identical with o2 corn line. Lysine content of the selected plants
was 0.469%–0.599%, which was an average increase of 122.63% for normal corn, 22.33% for the high parent line Taixi 19, and
65.86% for the low parent line QCL3021. This study demonstrated that molecular marker-assisted selection (MAS) for corn o2
introgression lines that were infiltrated with o16 gene was successful in improving grain lysine content. The established procedure
第 8期 张文龙等: 玉米 o16基因回交渗入 o2系的分子标记辅助选择 1303
can be applied in high lysine corn breeding and genetic improvement.
Keywords: Molecular marker-assisted selection; Backcross; High-lysine mutant; o16; o2; Corn
玉米是世界上重要的粮饲兼用作物, 但其籽粒
胚乳蛋白中缺少赖氨酸, 因而营养价值较低。携带
高赖氨酸突变基因的玉米, 其籽粒胚乳的赖氨酸含
量大约是普通玉米的两倍, 具有较高的营养价值。
提高玉米赖氨酸含量从而提高玉米营养价值是玉米
品质育种的重要方面。玉米蛋白质品质遗传改良的
突破性进展, 主要依赖于 opaque-2(o2)突变体的发
现[1], 后来发现的高赖氨酸含量突变基因, 如 o6、
o7、o15、o9、o11、o13、fl1、fl2、fl3、De*-B30、
Mc、Sh2、bt2 等[2-12], 其突变体因幼苗致死或遗传
方式复杂等原因难于在育种与生产中应用[5,8-9]。可
见, 高赖氨酸玉米的种质资源缺乏, 限制了其育种
发展。
贵州省旱粮研究所从 Robertson 的玉米 Mutator
突变体库的分离群体中得到一个玉米高赖氨酸突变
体 , 暂命名为 opaque-16(o16), 其赖氨酸含量达到
0.36%。突变基因 o16已被定位在玉米第 8染色体长
臂上 umc1141 和 umc1121 两分子标记之间离
umc1141 分子标记 5 cM 以内的位置, 而且与 o2 基
因杂交聚合后获得的双隐性突变的籽粒赖氨酸含量
总体上均分别高于双亲 , 比高值亲本平均约高
6%[13]。表明玉米 o16突变是可资利用的高赖氨酸玉
米育种新材料。
一般而言, 人摄入的每克蛋白质中应含有赖氨
酸 51 mg[14], 也即要求玉米籽粒中的赖氨酸含量在
0.5%以上; 畜禽饲料中通常需要的赖氨酸为 0.6%∼
0.8%[15]。目前应用的单突变体高赖玉米 o2系的籽粒
赖氨酸含量在 0.4%左右, 并不能满足食用和饲用的
需求。如能将两个高赖氨酸突变基因 o2和 o16聚合
起来应是一条提高赖氨酸含量的有效途径。但是 ,
常规育种技术难以实现 o2和 o16基因的聚合。因为:
(1)o2、o16基因都是隐性遗传, 其转育需要回交和自
交并结合表型选择进行, 世代数多; (2)两个基因具
有相同的不透明胚乳表型, 在将 o16 基因转育至 o2
玉米的过程中从表型上无法判别是 o2 或 o16, 还是
两者共同的作用; (3)胚乳表型的选择受胚乳异雄核
授精的影响, 如 o2胚乳存在高达5%的异雄核授精[16]。
近年来, 随着分子生物技术的发展, 标记辅助选择
(marker-assisted selection, MAS)技术得到长足发展,
运用 MAS 技术便可缩短隐性基因的转育世代, 从
DNA水平上识别目的基因, 去除异雄核授精的影响。
本研究的目的就是将常规育种技术与 MAS 技术结
合, 将 o16 基因回交渗入 o2 玉米系, 以期获得赖氨
酸含量高于 o2和 o16玉米系的材料, 提供高赖玉米
的遗传改良和育种利用。
1 材料与方法
1.1 亲本材料和回交群体
太系 19 是引自山西的 o2 玉米自交系, 具有不
透明胚乳的表型 , 经染料结合赖氨酸(dye binding-
lysine, DBL)法分析, 其种子赖氨酸含量约为 0.43%。
QCL3021是贵州省旱粮研究所选育的 o16玉米自交
系, 具有不透明胚乳表型, 其种子赖氨酸含量约为
0.32%。
2005年春, 以太系 19为受体亲本, QCL3021为
供体亲本配制 F1杂交组合; 2005年冬, 种植 F1杂种,
用太系19 回交获得 BC1F1 种子。2007 年春, 种植
BC1F1群体, 经 MAS 选择, 选出 o2 位点隐性纯合,
o16 位点杂合的目标单株用太系 19 回交, 获得 BC2F1
种子, 选择赖氨酸含量为 0.462%的单株用于下一代
播种。2007年冬, 种植BC2F1群体, 经MAS选择, 选
出 o2 位点隐性纯合, o16 位点杂合目标单株自交获
得 BC2F2种子, 选择赖氨酸含量为 0.491%的单株用
于下一代播种。2008年春种植 BC2F2群体, 经 MAS
选择, 选出 o2与 o16位点均隐性纯合的目标单株进
行自交, 获得 BC2F3种子。2008 年冬种植 BC2F3家
系种子, 结合农艺性状观察, 每个家系内选择雌雄
协调、农艺性状与太系 19相似的优良单株, 再经分
子标记检测, 确证目标家系后进行自交获得 BC2F4
家系种子。每年的田间试验, 春季在贵州省旱粮研
究所进行, 冬季在海南省三亚市崖城镇进行。
1.2 DNA 提取、PCR 扩增、电泳检测和种子赖
氨酸含量分析
于苗期选取幼嫩的叶片, 采用适用于分子标记
辅助选择的玉米微量 DNA 分离提取的 CTAB法[17],
提取亲本和各世代单株基因组DNA。参照Yang等[13,18]
的方法进行 DNA 样品的 PCR 扩增和扩增产物的电
泳检测, PCR扩增反应在 2720 Thermal Cycler (美国
Applied Biosystems)和 DNA Engine Peltier Thermal
Cycler (美国Bio-Rad)上完成, 用 Sequi-Gen GT(美国
Bio-Rad)核酸电泳系统分离扩增产物。用 DBL法[18]
测定种子赖氨酸含量, 每样品重复 2 次, 取平均值;
1304 作 物 学 报 第 36卷
最终获得的 BC2F4家系种子, 重复测定 3次, 取其平
均值。
1.3 前景选择和背景选择
前景选择即对目标基因 o2和 o16进行选择。对
o2 基因, 选用 SSR 标记 phil12、umc1066、phi057
进行检测, 这 3个标记位于 o2基因内[18]。对 o16基
因, 选用 SSR 标记 umc1141 和 umc1121 进行检测,
umc1141距离 o16基因位点在 3 cM以内, umc1121距
离 o16位点在 8 cM以内[13]。
背景选择即对通过前景选择中选单株的遗传背
景进行选择。在全基因组范围内筛选在亲本间具有
多态性的 SSR标记 243个, 用于背景选择。
用于前景和背景选择的 SSR标记的 PCR扩增引
物的序列来源于 Maizegdb 网站(http://www.maizegdb.
org/), 由上海捷瑞生物工程公司合成。
1.4 统计分析方法
SSR 标记带型以 A、B、H、U 建立数据库, 在
相同迁移位置上 , 与轮回亲本一致的带型记为 A,
与供体亲本一致的带型记为B, 杂合带型记为H, 缺
失记为 U。基于分子标记的遗传背景恢复率的统计
分析, 采用公式 G(g) = [L+X(g)]/(2L)计算前景选择
中选单株经背景选择的背景恢复率, 其中, G(g)指在
回交 g代的遗传背景恢复率; X(g)指在回交 g代表现
为受体亲本带型的分子标记数量; L指所参与分析的
分子标记数量[19-21]。采用公式E[G(g)] = 1–(1/2)g+1 进
行遗传背景恢复率理论计算, g指回交世代数。采用
χ2检验各分离世代DNA标记的分离是否符合孟德尔
比例。用 SPSS13.0计算偏相关系数和标准差。采用
GGT32软件参照 IBM2 2008 Neighbors图谱完成图
示基因型分析。
2 结果与分析
2.1 SSR标记的多态性分析
从图 1可以看出, o2基因内的 3个标记, 其 PCR
图 1 o2 (A)和 o16 (B)目标基因标记在亲本之间的多态性
Fig. 1 Polymorphism of the target genes markers in the
parents for o2 (A) and o16 (B)
1: 太系 19; 2: QCL3021。1: Taixi 19; 2: QCL3021.
扩增产物在两亲本间均具有多态性; 与 o16 基因连
锁的 umc1141 标记的扩增片段呈现多态性 , 而
umc1121 未检出多态性。进一步检测发现, phi057、
phil12、umc1066、umc1141 均为共显性标记, 可以用
于分子标记辅助选择。本项研究中, 选择 umc1066、
umc1141分别用于 o2和 o16基因的前景选择。
在全基因组范围内共选择了 243 对引物, 经过
对双亲进行分子标记多态性筛选, 有 79对引物在两
亲本间表现多态性(表 1)。
2.2 各世代目标基因前景选择结果
利用 umc1066和 umc1141标记分别对不同世代
的群体进行前景选择。由于 umc1066是 o2基因内的
标记, 在每个分离世代都将 o2基因作为第一轮选择
对象, 获得含有 o2 的植株后再进行 o16 基因的选
择。表 2 表明用 2 个标记对不同世代群体单株进行
选择的结果接近理论值, 说明选择确实是有效的。
BC1F1世代前景选择中选单株 63 株, 由于雌雄不协
调及倒伏等原因, 实际收获 43 株。BC2F1、BC2F2世
代前景选择中选单株分别为 41和 21株, 由于雌雄不
协调, 实际分别收获 28株和 17株。选择 BC2F3世代
每个家系内的优良单株进行 o2和 o16基因的分子标
记检测验证, 检测单株在两基因位点均已纯合, 最
终收获 BC2F4代优良家系材料 17株(图 2和图 3)。
表 1 全基因组 SSR标记在亲本太系 19和 QCL3021间的多态性筛选结果
Table 1 Polymorphic markers screened between Taixi 19 and QCL3021 through the whole genome SSR markers in corn
染色体节段
Bin
筛选标记数
Number of screened
markers
多态性标记数
Number of
polymorphic markers
染色体节段
Bin
筛选标记数
Number of screened
markers
多态性标记数
Number of
polymorphic markers
1.00–1.12 31 8 6.00–6.08 23 10
2.00–2.10 22 5 7.00–7.06 23 12
3.00–3.10 24 3 8.01–8.09 25 9
4.00–4.11 24 8 9.00–9.07 25 9
5.00–5.09 23 6 10.00–10.07 23 9
第 8期 张文龙等: 玉米 o16基因回交渗入 o2系的分子标记辅助选择 1305
表 2 各分离世代群体分子标记检测分析结果
Table 2 Results of the population segregation in each generation by SSR
umc1066(o2) umc1121(o16) 世代
Generation
株数
Number of plants O2o2 o2o2
χ2
(1:1) O16O16 O16o16 o16o16
χ2
(1:1)
χ2
(1:2:1)
BC1F1 283 148 135 0.51 153 130 — 1.71 —
BC2F1 97 — 95 — 54 41 — 1.52 —
BC2F2 106 — 100 — 27 52 21 — 0.88
图 2 利用 umc1066标记对 BC2F4代家系 17株优选单株的 o2基因检测结果
Fig. 2 Detection of o2 gene for the 17 superior plants in the BC2F4 family lines by SSR marker umc1066
P1: 太系 19; P2: QCL3021; 1~17: 优选单株。P1: Taixi 19; P2: QCL3021; 1–17: superior plants.
图 3 利用 umc1141标记对 BC2F4代家系 17株优选单株的 o16基因检测结果
Fig. 3 Detection of o16 gene for the 17 superior plants in the BC2F4 family lines by SSR marker umc1141
P1: QCL3021; P2: 太系 19; 1~17: 优选单株。P1: QCL3021; P2: Taixi 19: 1–17: superior plants.
2.3 各世代背景标记选择结果
利用具有多态性的 79 个 SSR 标记对 BC1F1、
BC2F1及 BC2F3世代中选单株进行全基因组扫描, 计
算中选单株的遗传背景恢复率以及各染色体的背景
恢复率。在 BC1F1回交世代中, 中选单株遗传背景恢
复率介于 72.8%∼85.4%之间, 平均遗传背景恢复率
为 80.3%, 比理论值高 5.3%, 选择单株背景恢复率
为 83.5%的单株用于下一代继续回交。基因组各染
色体的背景恢复率介于 67.2%∼100.0%之间, 其中,
第 10染色体的背景恢复率最低, 第 3染色体的背景
恢复率最高。第 7染色体的背景恢复率为 88.2%, 第
8染色体的背景恢复率为 80.5%。同时, 对 BC1F1世
代的相关性分析表明, 剔除第 3 染色体后(背景恢复
率达 100%), 第 4、第 8染色体与基因组的遗传背景
恢复率的偏线性相关性没有达到显著水平(P>0.05),
第 10 染色体与基因组的遗传背景恢复率的偏线性
相关性达到了显著水平(0.01
了极显著水平(P<0.01), 且表现为正相关。
在 BC2F1 回交世代中, 中选单株的遗传背景恢
复率介于 86.7%∼93.7%, 平均遗传背景恢复率 90.7%,
比理论值高 3.2%, 选择单株背景恢复率为 91.8%的
单株用于下一代自交。
在 BC2F3世代, 17 个中选单株的遗传背景恢复
率介于 91.8%∼94.9%, 供体亲本基因组在 17个单株
中所占比例介于 1.3%∼6.3%, 供体亲本与受体亲本
的杂合型所占比例为 1.3%∼5.1%, 缺失数据比例为
0∼1.2% (表 3)。在 17个单株中, 遗传背景恢复率最
高的为第 6株和第 11株, 最低的为第 10株; 供体亲
体所占比例最小的为第 6株和第 14株, 最大的为第
13株; 双亲杂合型所占比例最小的为第 13株, 最大
的为第 1株和第 2株。
BC2F3世代 17 个中选单株在第 8染色体的遗传
背景恢复率介于 83.3%∼88.9%, 供体亲本纯合片段
的比例为 5.57%∼16.70%, 双亲杂合片段的比例为
0∼5.57% (图 4)。除第 6单株导入供体亲本的两个片
段外, 其他 16个单株在第 8染色体上均只导入供体
亲本的一个片段。在导入供体亲本的所有片段中 ,
导入的最长供体亲本片段为 233.15 cM, 最短的供体
亲本片段为 33.25 cM。在 17个中选单株中, 导入片
1306 作 物 学 报 第 36卷
表 3 BC2F3世代 17个中选单株的标记带型比例
Table 3 The proportion of marker band of the 17 identified plants in the BC2F3 generation (%)
株系编号
No. of line
遗传背景恢复率
Recovery ratio of genetic
background
供体亲本纯合片段比率
Proportion of the donor parent
杂合片段比率
Proportion of heterogeneous
genotypes
缺失数据比率
Proportion of missing data
1 92.4 1.9 5.1 0.6
2 92.4 2.5 5.1 0
3 94.3 1.9 3.2 0.6
4 93.7 2.5 3.2 0.6
5 94.3 1.9 3.8 0
6 94.9 1.3 3.2 0.6
7 93.0 2.5 3.8 0.7
8 92.4 3.2 3.2 1.2
9 94.3 2.5 2.5 0.7
10 91.8 3.2 4.4 0.6
11 94.9 1.9 3.2 0
12 93.7 3.8 2.5 0
13 92.4 6.3 1.3 0
14 93.7 1.3 5.0 0
15 92.4 3.2 3.8 0.6
16 93.0 3.2 3.8 0
17 92.4 2.5 4.4 0.7
图 4 BC2F3世代 17个中选单株在第 8染色体上的图示基因型
Fig. 4 Genetic mapping on the chromosome 8 of the 17 identi-
fied plants in BC2F3 generation
段最短的为第 4、第 7、第 11和第 12单株, 导入供
体亲本的片段长度为 90.60 cM。这表明第 4、第 7、
第 11 和第 12 单株, 带有较小的连锁累赘。综合评
定表明, 第 11株为其中最优选单株。
2.4 各世代赖氨酸含量测定结果
BC2F1中实际收获的 43 株果穗的籽粒赖氨酸含
量为 0.383%~0.514%; 实际收获的 28 株 BC2F2种子
(已含有约 25%的 o16o16基因型籽粒)赖氨酸含量为
0.398%∼0.547%; BC2F3中实际收获 17株的籽粒赖氨
酸含量为 0.488%∼0.587%; 继续对 17个家系里优选
的 17个单株收获的 BC2F4种子的籽粒赖氨酸含量进
行测定验证, 赖氨酸含量范围为 0.469%∼0.599% (表
4)。17个测定验证优株的籽粒赖氨酸含量见表 5。对
高赖氨酸双隐性突变位点已经纯合的两个世代的 17
个单株籽粒赖氨酸含量差异显著性测验表明, 不存
在显著差异, 赖氨酸含量趋于稳定。
从 BC2F1代单隐性突变系的赖氨酸平均含量高
于亲本(太系 19) 5.23%提高到 BC2F4 代双隐性突变
系赖氨酸平均含量高于亲本(太系 19) 22.33%。测定
结果表明, 在保证基因型的基础上, 结合背景恢复
率的选择与赖氨酸含量的测定, 通过优中选优, 能
够逐代稳定提高赖氨酸含量。
第 8期 张文龙等: 玉米 o16基因回交渗入 o2系的分子标记辅助选择 1307
表 4 各世代 o2和 o16基因聚合群体的赖氨酸含量
Table 4 Lysine content in the o2 and o16 gene pyramiding populations in each generation
世代
Generation
基因型 a
Genotypea
株(系)数
Number of
plants (lines)
赖氨酸含量的变幅
Range of lysine
content (%)
平均赖氨酸含量
Average lysine content
(%)
比“o2o2”增减 b
Changes compared to
“o2o2”(%) b
比“o16o16”增减 c
Changes compared to
“o16o16” (%) c
BC1F1 o2o2O16o16 43 0.383–0.514 0.442 5.23 42.1
BC2F1 o2o2O16o16 28 0.398–0.547 0.465 12.59 44.9
BC2F2 o2o2o16o16 17 0.488–0.587 0.536 20.58 68.6
BC2F3 o2o2o16o16 17 0.469–0.599 0.541 22.33 65.9
a: 基因型包含的 o2位点和 o16位点分别用 umc1066和 umc1141标记检测, “o2o2”代表亲本太系 19的基因型, “o16o16”代表亲本
QCL3021的基因型。b,c: 比“o2o2”或“o16o16”增减(%)表示各世代家系测定的赖氨酸含量的平均值分别与每世代亲本测定值比较时, 增
加或减少的百分数。
a: the genotypes containing o2 and o16 loci were validated by umc1066 and umc1141 markers,“o2o2” is the genotype of Taixi 19 and
“o16o16” is the genotype of QCL3021. b,c: changes compared to“o2o2”or“o16o16”(%) indicate the average lysine content in each generation
family lines compared to the parent lines, the values are the percentage increased or reduced.
表 5 BC2F4世代 17个双隐性纯合家系及对照的赖氨酸含量
Table 5 Lysine content of the 17 homozygous double recessive family lines in the BC2F4 generation and the control
株系编号 a
No. of single plants
in lines a
赖氨酸含量
Lys content
(%)
标准差
Standard deviation
(%)
比“o2o2”增减 b
Changes compared to “o2o2”
(%) b
比“o16o16”增减 c
Changes compared to
“o16o16” (%) c
1 0.544 1.4 23.07 66.87
2 0.577 3.9 30.54 76.99
3 0.537 2.2 21.49 64.72
4 0.469 1.2 6.11 43.87
5 0.549 4.4 24.20 68.40
6 0.546 3.7 23.53 67.48
7 0.487 1.4 10.18 49.39
8 0.569 2.5 28.73 74.54
9 0.554 4.1 25.34 69.94
10 0.555 2.2 25.57 70.25
11 0.499 2.6 12.89 53.07
12 0.506 5.3 14.47 55.21
13 0.582 5.1 31.67 78.53
14 0.599 2.8 35.52 83.74
15 0.523 2.3 18.32 60.43
16 0.564 4.0 27.60 73.01
17 0.532 2.7 20.36 63.19
18 0.243 2.6 45.02 –25.46
19 0.442 1.3 0 35.58
20 0.326 0.8 –26.24 0
a: 18、19、20分别为玉米自交系 106、轮回亲本太系 19、供体亲本 QCL3021。b, c: 比“o2o2”或比“o16o16”增减(%)表示双突变系
的赖氨酸含量与本代测定亲本的赖氨酸含量增加或减少的百分数。
a: No.18 is corn inbred line 106; No.19 is receiver parent Taixi 19; No.20 is donor parent QCL3021. b, c: Changes compared to“o2o2” or
“o16o16” (%) indicate percentage increased or decreased for lysine content in the double mutant lines compared to the parental line, Taixi 19
or QCL3021, in the same generation.
3 讨论
本研究利用 o2 玉米和 o16 玉米杂交, 再用 o2
玉米回交, 将 o16 基因渗入 o2 玉米系, 经 2 代回交
和 3 代自交的 MAS 选择, 获得了 o2 和 o16 两
个位点隐性纯合而遗传背景与 o2 玉米系相当(92%∼
95%)的高赖氨酸玉米材料, 其赖氨酸含量分别比 o2
和 o16 玉米高, 且远高于普通玉米材料, 这对高赖
氨酸玉米的遗传改良和育种具有重要意义。
1308 作 物 学 报 第 36卷
本研究获得的 17 个双隐性纯合(o2o2o16o16)材
料的赖氨酸含量比普通玉米平均提高 122.63%; 比高
值亲本太系19 (o2o2)平均提高22.33%, 增幅为6.11%∼
35.52%; 比低值亲本 QCL3021(o16o16)平均提高
65.86%, 增幅为 43.87%∼83.74%, 这一结果与 Yang
等[13]的研究结果一致, 进一步证明玉米 o2 位点与
o16 位点双隐性突变基因的聚合可以显著提高玉米
籽粒赖氨酸含量,
本研究表明, 用 umc1066、umc1141分子标记进
行前景选择是准确的。由于 umc1141与 o16基因有
3 cM 的遗传距离, 为了保证选择的准确性, 我们对
中选个体的籽粒进行了赖氨酸含量的测定, 确认了
umc1141标记的选择效率。
本研究在进行全基因组背景选择时, 对于已经
恢复为轮回亲本的非靶标位点, 在下一世代不再进
行背景选择, 这样便提高了背景选择的效率, 同时
也减少了花费。在回交世代播种材料的选择方面 ,
综合背景恢复率和玉米籽粒的赖氨酸含量, 优先选
择背景恢复率高的单株, 再考虑玉米籽粒的赖氨酸
含量。这是由于染料结合赖氨酸(DBL)法是一种间接
测定法 , 尽管操作简单 , 但其测定结果不很精确 ;
同时先通过背景选择实施了较大的选择压力, 不仅
加快了遗传背景恢复进程, 而且在一定程度上可消
除背景不同对赖氨酸含量的影响。BC1F1世代绝大多
数染色体的遗传背景恢复率与全基因组遗传背景恢
复率的偏相关达显著水平, 与夏军红等[20]、段红梅
等[22]、刘志文等[23]的研究结果相一致。这表明对有
限数目的染色体或连锁群进行背景选择也可能达到
对整个基因组选择的类似效果, 有利于进一步提高
背景选择效率和降低试验成本。
回交导入法是基因聚合中较常使用的方法之一,
在水稻[24-28]、小麦[29]和大麦[30]等作物的抗性基因聚
合中被广泛采用, 获得了良好的效果。回交法与杂
交后自交分离实现基因聚合的方法相比较, 各有优
缺点。杂交后自交的方法较为简单和经济, F2代即可
完成基因聚合。但是中选个体基因组杂合程度高 ,
不易稳定; 在培育成新的稳定二环系后, 需要进行
配合力测定, 才便于育种应用。回交导入法难度相
对较大, 花费较高, 一般要在 BC2F2 代才能实现基
因聚合; 每一世代都必须进行前景选择, 并要配合
背景选择。但是, 筛选出的基因聚合系, 可保留轮回
亲本的优点, 不经配合力测定也可在育种中利用。
此外, 从本研究结果来看, 回交渗入法也易于在较
小的群体中实现基因聚合。
4 结论
在 BC2F4代, 获得携带 o2和 o16基因的家系 17
个, 其遗传背景与 o2玉米系太系 19相当(背景恢复率
为92%∼95%), 赖氨酸含量为0.469%~0.599%, 高于亲
本太系 19和QCL3021, 且远高于普通玉米材料, 可作
为高赖氨酸亲本在育种中应用。
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