高油玉米材料的选育方法

技术领域

本发明分子生物学及遗传育种技术领域，具体地说，涉及一种高油玉米材料的选育方法。

背景技术

高油玉米是一种人为选择创制的特殊玉米类型，玉米籽粒油分对动物饲养以及人类健康具有很高的营养价值。我国高油玉米的育种处于世界领先地位，通过不懈努力，培育出了具有自主知识产权的高油玉米群体。中国农业大学宋同明教授从1983年开始，通过15代的轮回选择，使玉米籽粒油分含量增加到20.2％，选育出了一批遗传稳定的高油群体(Maydica,2004,49:9-14)。但是高油玉米育种的种质资源仍然十分有限。为了能够快速地创制商品玉米杂交种，通过骨干玉米高油化培育出以骨干亲本为遗传背景的高油玉米自交系是创制高油新资源的有效方式。研究发现，玉米油分含量是由多基因控制的数量性状，利用常规的轮回育种方法仍然需要种植大量的回交后代个体检测油分含量并且需要增加回交世代。

分子标记辅助选择以与QTL位点连锁的分子标记为参考，辅助筛选含有某一标记的育种材料，一定程度上减少了表型鉴定的工作量，加快了育种进程。玉米油分含量是由多基因控制的数量性状，以加性遗传效应为主。2019年，鲁守平等人利用两个提高玉米籽粒油分含量的主效QTL qHO1和qHO6对农艺性状优良的玉米自交系进行改良，通过回交转育的方式分别将两个主效QTL导入玉米自交系lx9801、lx03-2和lx00-1中。结果表明在BC

Massarray SNP分型技术是基于飞行质谱分型的中通量SNP分型检测技术，每个反应体系能够同时实现30～40个位点的检测，具有较高的性价比，是关联分析二期材料验证的有效手段。该技术通过PCR扩增技术扩增包含SNP标记位点的DNA序列，然后利用特异性单碱基延伸引物(Unique extension primer,UEP)扩增上述PCR产物，随后在ddNTP反应体系中，UEP引发单碱基延伸反应，当扩增到与待测SNP位点互补的碱基时，扩增反应结束。

发明内容

本发明的目的是提供一种高油玉米材料的选育方法，特别是基于骨干系谱品种的多基因聚合高油育种方法。

本发明构思如下：基于油分位点关联分析定位的主效关联基因信息以及该基因在全基因组预测中较高的预测精度，挖掘出检出率更高，适用性更广的5个特异性单碱基核酸多态性标记(SNP标记)，用于辅助改良骨干自交系的油分含量，其中SNP1(chr1_S.15799888)、SNP3(chr8_S.21615671)和SNP5(chr8_S.100960696这3个位点是本发明首次发现的。通过试验将5个基因通过回交育种的方式导入骨干亲本，从而快速、精准地实现油分位点的聚合，创制骨干亲本遗传背景的高油新材料。

为了实现本发明目的，本发明提供一种高油玉米材料的选育方法，包括以下步骤：

1)以玉米骨干自交系和高油玉米品种作为亲本，杂交获得F

2)筛选籽粒品质良好、穗粒饱满的F

3)筛选含有油分标记多的BC

4)BC

本发明中，所述油分标记选自SNP1～SNP5；SNP1位于玉米参考基因组上5号染色体第15799888位，碱基T对应于玉米高油性状；SNP2位于玉米参考基因组上6号染色体第104859429位，碱基T对应于玉米高油性状；SNP3～SNP5分别位于玉米参考基因组上8号染色体第21615671、38521846和100960696位，碱基T对应于玉米高油性状。

进一步地，步骤4)中BC

油分标记多是指子代中至少包含SNP1～SNP5中的任意2个或2个以上标记。

优选地，步骤4)所得高油玉米材料中同时包含SNP1～SNP5。

本发明用于检测SNP1～SNP5的特异性PCR引物和单碱基延伸引物分别如SEQ IDNO:1-3、SEQ ID NO:4-6、SEQ ID NO:7-9、SEQ ID NO:10-12和SEQ ID NO:13-15所示。

优选地，所述玉米骨干自交系可以是郑58，所述高油玉米品种可以是BY809。

第二方面，本发明提供与玉米油分含量相关的SNP标记(油分标记)，包括5个标记SNP1～SNP5，它们的物理位置参考玉米参考基因组(B73Ref_V2)(https://www.maizegdb.org/assembly)，具体信息见表1：

表1 5个油分遗传位点

标记SNP1～SNP5的核苷酸序列分别如SEQ ID NO:16-20所示，其中，第101位碱基n分别为c或t，c或t，c或t，g或t，g或t。

标记SNP1～SNP5所含多态性位点的基因型为TT，对应于高油含量。

本发明提供一种利用油分遗传位点辅助聚合高油玉米的育种新方法，利用油分位点标记的分型结果组配高油和骨干亲本回交，并且参照五个油分位点的遗传信息，筛选聚合油分基因的高油材料。实现玉米油分含量快速、精准的多基因聚合骨干亲本高油化。实验表明，高油玉米作为供体亲本与骨干亲本轮回育种是有效的育种方式。本发明提供的5个油分标记能够有效地预测高油材料，实现早期分离世代的高油候选材料的选择。克服了传统轮回育种的广撒网，高投入的不足。同时分析发现5个油分标记之间的加性效应和非加性效应均对油分含量的增加具有意义。通过在群体第一分离世代精细分析主效位点的等位基因差异，最大化地减少后续聚合育种的复杂度和高工作量，打破单表型-单标记的分子标记辅助选择的壁垒，成功实现了多基因聚合育种。减少表型鉴定工作量，精准育成高油骨干亲本，大大推动了高油玉米的商品化进程。

附图说明

图1为本发明五个油分主效基因和已报道所有基因对油分含量的预测精度。

图2为本发明较佳实施例中利用分子标记加快骨干亲本高油化的育种进程示意图。

图3为本发明较佳实施例中BC

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件，如Sambrook等分子克隆实验手册(Sambrook J&Russell DW，Molecular Cloning:a Laboratory Manual，2001)，或按照制造厂商说明书建议的条件。

实施例1利用油分标记构建油分预测模型

为了检测油分标记对油分含量选择的指导作用，选择来源广泛，遗传多样性丰富的368份玉米自交系，检测该群体五个油分标记的基因分型，利用岭回归最佳线性无偏预测(RR-BLUP)方法构建油分含量与油分标记的方程。通过五折交叉验证检验五个油分标记对油分含量影响的能力，重复200次五折交叉验证，估计模型平均预测精度为0.85(0.32～0.94)。预测精度越趋向于1，五个标记对油分含量增加的代表性越好。

本实施例中岭回归方程如下：

Oil～chr5.S_15799989+chr6.S_104859429+chr8.S_21615671+chr8.S_38521846+chr8.S_100960696+chr5.S_15799989*chr6.S_104859429+chr5.S_15799989*chr8.S_21615671+chr5.S_15799989*chr8.S_38521846+chr5.S_15799989*chr8.S_100960696+chr6.S_104859429*chr8.S_21615671+chr6.S_104859429*chr8.S_38521846+chr6.S_104859429*chr8.S_100960696+chr8.S_21615671*chr8.S_38521846+chr8.S_21615671*chr8.S_100960696+chr8.S_38521846*chr8.S_100960696

其中，*表示两个标记之间存在互作，即五个标记之间不是单纯的加性遗传效果，也存在一定比例的非加性效应(上位性效应等)。

为了比较五个油分标记对油分含量提高的影响，我们以已报道的所有油分位点为对照，分析两类标记对油分含量增加的影响。同样选择RR-BLUP方法构建预测模型，考虑各标记之间两两互作遗传效应，通过200次重复的五折交叉验证结果，发现已报道的所有油分位点对油分含量的平均预测精度为0.87(0.48～0.95)(图1)。考虑到实际育种选择过程中，当预测精度大于0.5时，由分子标记估计的育种值能够有效选出符合育种目标的候选材料。标记SNP1～SNP5的预测精度如下：SNP1平均预测精度0.43(-0.1～0.67)，SNP2平均预测精度0.47(0.21～0.83)，SNP3平均预测精度0.36(0.15～0.60)，SNP4平均预测精度0.49(0.22～0.77)，SNP5平均预测精度0.42(0.04～0.81)。

实施例2油分标记在骨干亲本高油化育种进程中的应用(高油玉米材料的选育)

利用五个油分标记(SNP1～SNP5)对骨干亲本回交选育高油材料的育种流程如下(图2)：

1、利用油分标记扫描高油和骨干自交系，筛选轮回育种的供体和受体亲本。

2、筛选的骨干亲本和高油亲本组配F

3、筛选籽粒品质良好、穗粒饱满的F

4、用Bruker MPA傅立叶近红外光谱分析仪检测BC

5、在BC

6、依据油分位点遗传信息，筛选含有油分标记多的BC

7、BC

8、通过观察田间农艺性状，产量以及上一代材料油分含量，筛选10个BC

其中，用于检测SNP1～SNP5基因型的特异性PCR引物和单碱基延伸引物(UEP)如下(SEQ ID NO:1-15)：

本实施例分别选择玉米自交系郑58作为轮回受体亲本。郑58自交系具有根系发达、茎秆坚韧、含有致矮基因、早熟、灌浆速度快、单株产量高、综合抗性强、耐密性好以及配合力高等特点。选择高油品种BY809、BY807和BY813，其中BY807和BY813与骨干亲本郑58的配合力较差，F

表2骨干亲本油分含量和油分标记位点基因分型

油分标记在BC

育种过程中，BC

表3 BC

油分位点分析BC

通过油分含量检测，我们筛选了5个BC

表4 BC

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

序列表

<110> 中国农业科学院作物科学研究所

<120> 高油玉米材料的选育方法

<130> KHP211110360.5

<160> 20

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 30

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 1

acgttggatg tcagtgtaac actgtgcacc 30

<210> 2

<211> 31

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 2

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<210> 3

<211> 23

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 3

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<210> 4

<211> 30

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

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<210> 5

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<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 5

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<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

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<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

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<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

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agaccttaaa tgttgatcta aata 24

<210> 10

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<213> 人工序列(Artificial Sequence)

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acgttggatg gtcaacttga ttgcaagcta 30

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<212> DNA

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acgttggatg atcattcgga aacctgactc 30

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aacttgattg caagctataa aaag 24

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<212> DNA

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acgttggatg gtgacacaaa attcaaaagg 30

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<212> DNA

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acgttggatg tatggaactg agtggtggag 30

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aaaggtaaaa aagaatatac agag 24

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<212> DNA

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catgcggtgt gggcacatag acgtagtagg ggattactat ttactagatc gatcagatag 60

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gacggcagct gctccatggc cacctcctcc atcttctggt gcgtccgggc ctccatctcg 180

cagcagaggc agcagggccg g 201

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<212> DNA

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<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

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<212> DNA

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