CN104271769A - 用于选择玉米中降低的谷物水分的组合物和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于鉴定和选择具有降低的谷物水分的玉米植物、包括检测9号染色体上的标记等位基因的方法和组合物。通过本发明的方法产生的玉米植物也是本发明的特征。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年2月23日提交的美国临时申请61/602,188的权益,其全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及在具有降低的谷物水分的玉米植物的选择中有用的组合物和方法。
背景技术
谷物水分对于玉蜀黍(Zea mays L.)的生产和育种非常重要。低的(或降低的)谷物水分减小了人工干燥的经济影响,并且允许较早地收获,这使得种植者能够在较早的日期获得该作物较高的价格并减少作物在妨碍收获操作的不利天气和田间条件中的暴露(Sweeney等人(1994)Crop Sci 34:391-396)。较温暖的温度和较低的湿度有利于玉米粒的快速野外干燥。然而,在中季至短季环境中,收获时节经常存在温度降低和湿度升高的特征。因此,以更高的速率干燥的具有优异产能的杂交种是高度合乎期望的。
历史上,用以产生具有降低的谷物水分的杂交种的近交系的选择已通过直接测量谷物水分进行。然而,一些研究已提出,谷物水分还能够通过测量诸如田间谷物干燥速率(FDR)(Sala等人(2006)Theor Appl Genet112:462-471)或谷壳衰老(Sweeney等人(1994)Crop Sci 34:391-396)的性状被间接地选择。吐丝日期和黑层的形成在一些研究中也被发现与谷物水分显著相关;然而,其他研究显示了有限的关联(Sweeney等人(1994)Crop Sci34:391-396)。任何表型选择方法的使用能够需要大量的资源并且是有些不精确的,环境因素以及不同农学性状之间的复杂关联使得选择复杂化。
通过使用与降低的谷物水分相关联的分子标记进行的选择允许单独基于子代的遗传组成的选择。因此,植物育种能够更快地进行,从而在相对短的时间内产生具有降低的谷物水分的商业上可接受的玉米植物。因此,希望提供用于鉴定和选择具有降低的谷物水分的玉米植物的组合物和方法。这些植物能够被用于育种程序,以产生以更快的速率干燥的高产杂交种。
针对谷物水分的数量性状位点(QTL)已被报道位于9号染色体上(Frascaroli等人(2007)Genetics 176:625-644;Sala等人(2005)Theor ApplGenet 112:462-471;Blanc等人(2006)Theor Appl Genet 113:206-224;Moreau等人(2004)Theor Appl Genet 110:92-105;Lu等人(2003)Theor ApplGenet 107:494-502;Austin等人(2000)Crop Sci.40:30-39)。
发明内容
本文提供了用于针对谷物水分选择玉米植物的组合物和方法,包括用于鉴定和选择具有降低的谷物水分的玉米植物的组合物和方法。
在一个实施例中,展示了用于鉴定和/或选择具有降低的谷物水分的玉米植物的方法,在其中标记等位基因在玉米植物中被选择。所述标记位于9号染色体上,在单一减数分裂图谱上在72-79cM处,在IBM2图谱上在200.4-230.6cM处;并且该标记的等位基因与降低的谷物水分相关联。然后鉴定和/或选择了具有与降低的谷物水分相关联的一种或多种标记等位基因的玉米植物。所述玉米植物可以是坚秆综合(Stiff Stalk Synthetic)杂交优势群中的近交系,或者可以是来源于坚秆综合杂交优势群中的近交系的子代植物。
在一个方面,所述标记是PHM18206、PHM9929、PHM6726、PHM4910、PHM6667、PHM229、PHM6567、PHM5208、PHM15758、PHM14370、PHM3159、PHM17246、或PHM4691。
在另一方面,所述标记检测单核苷酸多态性(SNP)。所述SNP多态性可以是PHM18206-5、PHM9929-8、PHM6726-10、PHM4910-5、PHM6667-11、PHM229-15、PHM6567-10、PHM5208-11、PHM15758-6、PHM14370-9、PHM3159-14、PHM17246-16、或PHM4691-9。
在另一方面,所述等位基因是PHM18206-5处的“T”,PHM9929-8处的“T”,PHM6726-10处的“A”,PHM4910-5处的“G”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,PHM17246-16处的“T”,或PHM4691-9处的“T”。
在另一个实施例中,展示了用于鉴定和/或选择具有降低的谷物水分的玉米植物的方法,在其中标记等位基因在玉米植物中被选择。所述标记位于由PHM18206和PHM4910限定并包括PHM18206和PHM4910的染色体区间;并且该标记的等位基因与降低的谷物水分相关联。然后鉴定和/或选择了具有与降低的谷物水分相关联的一种或多种标记等位基因的玉米植物。所述玉米植物可以是坚秆综合杂交优势群中的近交系,或者可以是来源于坚秆综合杂交优势群中的近交系的子代植物。
在一个方面,所述标记是PHM18206、PHM9929、PHM6726、PHM4910、PHM6667、PHM229、PHM6567、PHM5208、PHM15758、PHM14370、PHM3159、PHM17246、或PHM4691。
在另一方面,所述标记检测SNP多态性。所述SNP多态性可以是PHM18206-5、PHM9929-8、PHM6726-10、PHM4910-5、PHM6667-11、PHM229-15、PHM6567-10、PHM5208-11、PHM15758-6、PHM14370-9、PHM3159-14、PHM17246-16、或PHM4691-9。
在另一方面,所述等位基因是PHM18206-5处的“T”,PHM9929-8处的“T”,PHM6726-10处的“A”,PHM4910-5处的“G”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,“T”在PHM17246-16处的“T”,或PHM4691-9处的“T”。
在另一个实施例中,展示了用于鉴定和/或选择具有降低的谷物水分的玉米植物的方法,在其中标记等位基因在玉米植物中被选择。所述标记位于9号染色体上,在单一减数分裂图谱上在93-98cM处,在IBM2图谱上在317-323cM处;并且该标记的等位基因与降低的谷物水分相关联。然后鉴定和/或选择了具有与降低的谷物水分相关联的一种或多种标记等位基因的玉米植物。所述玉米植物可以是坚秆综合杂交优势群中的近交系,或者可以是来源于坚秆综合杂交优势群中的近交系的子代植物。
在一个方面,所述标记是PHM10270、PHM4598、PHM14092、PHM18292、PHM3507、PHM3004、或PHM14122。
在另一方面,所述标记检测SNP多态性。所述SNP多态性可以是PHM10270-13、PHM4598-22、PHM14092-77、PHM18292-9、PHM3507-13、PHM3004-13、或PHM14122-22。
在另一方面,所述等位基因是PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,或PHM14122-22处的“G”。
在另一个实施例中,展示了用于鉴定和/或选择具有降低的谷物水分的玉米植物的方法,在其中标记等位基因在玉米植物中被选择。所述标记位于由PHM4598和PHM14092限定并包括PHM4598和PHM14092的染色体区间;并且该标记的等位基因与降低的谷物水分相关联。然后鉴定和/或选择了具有与降低的谷物水分相关联的一种或多种标记等位基因的玉米植物。所述玉米植物可以是坚秆综合杂交优势群中的近交系,或者可以是来源于坚秆综合杂交优势群中的近交系的子代植物。
在一个实施例中,所述标记是PHM10270、PHM4598、PHM14092、PHM18292、PHM3507、PHM3004、或PHM14122。
在另一方面,所述标记检测SNP多态性。所述SNP多态性可以是PHM10270-13、PHM4598-22、PHM14092-77、PHM18292-9、PHM3507-13、PHM3004-13、或PHM14122-22。
在另一方面,所述等位基因是PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,或PHM14122-22处的“G”。
在另一个实施例中,展示了用于鉴定和/或选择具有降低的谷物水分的玉米植物的方法,在其中单倍型在玉米植物中被选择。所述单倍型能够包含:PHM9929-8处的“T”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,和PHM17246-16处的“T”。具有该单倍型的玉米植物被鉴定和/或选择。
在另一个实施例中,展示了用于鉴定和/或选择具有降低的谷物水分的玉米植物的方法,在其中单倍型在玉米植物中被选择。所述单倍型能够包含:PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,和PHM14122-22处的“G”。具有该单倍型的玉米植物被鉴定和/或选择。所述玉米植物可以是坚秆综合杂交优势群中的近交系,或者可以是来源于坚秆综合杂交优势群中的近交系的子代植物。
在另一个实施例中,包括了通过上文所述的任何方法鉴定和/或选择的玉米植物。
在另一个实施例中,展示了在基因组中包含由下列组成的单倍型的玉米植物:PHM9929-8处的“T”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,和PHM17246-16处的“T”;与不具有所述单倍型的玉米植物或子代植物进行比较时,所述玉米植物表现出降低的谷物水分。所述玉米植物可以是坚秆综合杂交优势群中的近交系,或者可以是来源于坚秆综合杂交优势群中的近交系的子代植物。
在另一个实施例中,展示了在基因组中包含由下列组成的单倍型的玉米植物:PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,和PHM14122-22处的“G”;与不具有所述单倍型的玉米植物或子代植物进行比较时,所述玉米植物表现出降低的谷物水分。所述玉米植物可以是坚秆综合杂交优势群中的近交系,或者可以是来源于坚秆综合杂交优势群中的近交系的子代植物。
在另一个实施例中,提供了使降低的谷物水分QTL等位基因种质渗入至玉米植物的方法。所述方法包括:筛选具有至少一种标记的群体,以确定来自该群体的一个或多个玉米植物是否包含与降低的谷物水分QTL等位基因相关联的标记的等位基因,其中所述降低的谷物水分QTL等位基因包含PHM18206-5处的“T”,PHM9929-8处的“T”,PHM6726-10处的“A”,PHM4910-5处的“G”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,PHM17246-16处的“T”,和PHM4691-9处的“T”;以及从所述群体中选择至少一个包含与降低的谷物水分QTL等位基因相关联的所述标记基因座的等位基因的玉米植物。所关注的标记能够位于谷物水分QTL的5cM、2cM、或1cM内。
在另一个实施例中,提供了使降低的谷物水分QTL等位基因种质渗入至玉米植物的方法。所述方法包括:筛选具有至少一种标记的群体,以确定来自该群体的一个或多个玉米植物是否包含与降低的谷物水分QTL等位基因相关联的所述标记的等位基因,其中所述降低的谷物水分QTL包含:PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,和PHM14122-22处的“G”;以及从所述群体中选择至少一个包含与降低的谷物水分QTL等位基因相关联的所述标记基因座的等位基因的玉米植物。所关注的标记能够位于谷物水分QTL的5cM、2cM、或1cM内。
附图说明和序列表
根据下面的详细描述以及附带的图和序列表可以更充分地理解本发明,这些详细描述以及附带的图和序列表形成了本申请的一部分。
序列描述和对此所附的序列表遵循适用于专利申请中的核苷酸和/或氨基酸序列公开的规则,如37C.F.R.§1.821 1.825中所列。序列表包括用于核苷酸序列特征的单字母编码和用于氨基酸的三字母编码,如遵照NucleicAcids Res.13:3021 3030(1985)和Biochemical J.219(2):345 373(1984)中描述的IUPAC IUBMB标准所规定的,上述文献以引用方式并入本文。用于核苷酸和氨基酸序列数据的符号和格式遵循如37C.F.R.§1.822所示的规定。
图1示出了似然比检验(LRT)的结果,其显示了针对谷物水分(MS)的QTL位置和经过2年的田间测试,9号染色体上57.5和97.8cM之间的产量。带有空圆圈的虚线表示对于在2009年田间试验中收集的谷物水分数据的似然比检验(LRT)。带有实心方块的虚线表示对于在2009年田间试验中收集的产量数据的LRT。带有空圆圈的实线表示对于在2010年田间试验中收集的谷物水分数据的LRT。带有空方块的实线表示对于在2010年田间试验中收集的产量数据的LRT。
图2显示了用于检测与谷物水分相关联的标记的实例3中描述的关联作图分析的结果。关联作图分析显示了与QTL9-1和QTL9-2重叠的两个峰。x-轴表示基因PHB图谱(一种内部来源的单一减数分裂图谱)的遗传图谱距离。y-轴表示标记-性状关联的p值。
SEQ ID NO:1是标记PHM18206的参考序列。
SEQ ID NO:2是标记PHM6567的参考序列。
SEQ ID NO:3是标记PHM4691的参考序列。
SEQ ID NO:4是标记PHM229的参考序列。
SEQ ID NO:5是标记PHM9929的参考序列。
SEQ ID NO:6是标记PHM3159的参考序列。
SEQ ID NO:7是标记PHM15758的参考序列。
SEQ ID NO:8是标记PHM5208的参考序列。
SEQ ID NO:9是标记PHM6667的参考序列。
SEQ ID NO:10是标记PHM17246的参考序列。
SEQ ID NO:11是标记PHM14370的参考序列。
SEQ ID NO:12是标记PHM6726的参考序列。
SEQ ID NO:13是标记PHM4910的参考序列。
SEQ ID NO:14是标记PHM4598的参考序列。
SEQ ID NO:15是标记PHM3507的参考序列。
SEQ ID NO:16是标记PHM18292的参考序列。
SEQ ID NO:17是标记PHM3004的参考序列。
SEQ ID NO:18是标记PHM14122的参考序列。
SEQ ID NO:19是标记PHM10270的参考序列。
SEQ ID NO:20是标记PHM14092的参考序列。
SEQ ID NO:21是PHM18206正向外部引物。
SEQ ID NO:22是PHM18206正向内部引物。
SEQ ID NO:23是PHM18206反向内部引物。
SEQ ID NO:24是PHM18206反向外部引物。
SEQ ID NO:25是PHM6567正向外部引物。
SEQ ID NO:26是PHM6567正向内部引物。
SEQ ID NO:27是PHM6567反向内部引物。
SEQ ID NO:28是PHM6567反向外部引物。
SEQ ID NO:29是PHM4691正向外部引物。
SEQ ID NO:30是PHM4691正向内部引物。
SEQ ID NO:31是PHM4691反向内部引物。
SEQ ID NO:32是PHM4691反向外部引物。
SEQ ID NO:33是PHM229正向外部引物。
SEQ ID NO:34是PHM229正向内部引物。
SEQ ID NO:35是PHM229反向内部引物。
SEQ ID NO:36是PHM229反向外部引物。
SEQ ID NO:37是PHM9929正向外部引物。
SEQ ID NO:38是PHM9929正向内部引物。
SEQ ID NO:39是PHM9929反向内部引物。
SEQ ID NO:40是PHM9929反向外部引物。
SEQ ID NO:41是PHM3159正向外部引物。
SEQ ID NO:42是PHM3159正向内部引物。
SEQ ID NO:43是PHM3159反向内部引物。
SEQ ID NO:44是PHM3159反向外部引物。
SEQ ID NO:45是PHM15758正向外部引物。
SEQ ID NO:46是PHM15758正向内部引物。
SEQ ID NO:47是PHM15758反向内部引物。
SEQ ID NO:48是PHM15758反向外部引物。
SEQ ID NO:49是PHM5208正向外部引物。
SEQ ID NO:50是PHM5208正向内部引物。
SEQ ID NO:51是PHM5208反向内部引物。
SEQ ID NO:52是PHM5208反向外部引物。
SEQ ID NO:53是PHM6667正向外部引物。
SEQ ID NO:54是PHM6667正向内部引物。
SEQ ID NO:55是PHM6667反向内部引物。
SEQ ID NO:56是PHM6667反向外部引物。
SEQ ID NO:57是PHM17246正向外部引物。
SEQ ID NO:58是PHM17246正向内部引物。
SEQ ID NO:59是PHM17246反向内部引物。
SEQ ID NO:60是PHM17246反向外部引物。
SEQ ID NO:61是PHM14370正向外部引物。
SEQ ID NO:62是PHM14370正向内部引物。
SEQ ID NO:63是PHM14370反向内部引物。
SEQ ID NO:64是PHM14370反向外部引物。
SEQ ID NO:65是PHM6726正向外部引物。
SEQ ID NO:66是PHM6726正向内部引物。
SEQ ID NO:67是PHM6726反向内部引物。
SEQ ID NO:68是PHM6726反向外部引物。
SEQ ID NO:69是PHM4910正向外部引物。
SEQ ID NO:70是PHM4910正向内部引物。
SEQ ID NO:71是PHM4910反向内部引物。
SEQ ID NO:72是PHM4910反向外部引物。
SEQ ID NO:73是PHM4598正向外部引物。
SEQ ID NO:74是PHM4598正向内部引物。
SEQ ID NO:75是PHM4598反向内部引物。
SEQ ID NO:76是PHM4598反向外部引物。
SEQ ID NO:77是PHM3507正向外部引物。
SEQ ID NO:78是PHM3507正向内部引物。
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具体实施方式
就玉米的生产而言,谷物水分是重要的性状。如果谷物在种植者希望收获时过于潮湿,那么种植者可能不得不将谷物留在田间更长的时间,从而使谷物暴露于能够影响产量的不利的天气和田间状况。此外,一旦谷物被收获,可能需要人工干燥来达到所期望的谷物水分水平,这需要能够使用干燥设备、将谷物移动至干燥器的运输、和运行干燥器的动力。因此,希望鉴定和选择具有降低的谷物水分的玉米植物。
本发明提供了展示出与谷物水分统计上显著的共分离的玉米标记基因座。对这些基因座或附加的连锁基因座的检测能够被用于标记辅助的育种程序中,以产生具有降低的谷物水分的玉米植物。
提供了下列定义以帮助理解本发明。
在详细描述本发明之前,应当理解本发明不限于具体的实施例,当然这些实施例能够改变。还应当了解,本文使用的方法目的仅是为了描述具体实施例,不旨在是限制性的。如本说明书以及所附权利要求中所用,单数的和单数形式的术语,例如“一个”、“一种”和“所述”,包括了复数的所指对象,除非文中另有明确说明。因此,例如,提及“植物”、“该植物”或“一个植物”也包括了多个植物;而且,根据上下文,术语“植物/植物”的使用还能够包括该植物/植物的遗传上相似的或相同的子代;术语“核酸”的使用实际来看任选地包括该核酸分子的多个拷贝;相似地,术语“探针”任选地(并且通常)涵盖了许多相似的或相同的探针分子。
除非另外指明,核酸以5′至3′方向从左至右书写。本说明书中提及的数字范围包括限定了该范围的数值在内,并且包括所限定的范围内的每一整数或任何非整数的部分。除非另有定义,否则本文所用的所有科技术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的一样。尽管与本文所述的那些类似或等同的任何方法和材料均可用于测试本发明的实践中,但优选的方法和材料是本文所述的那些。在本发明的描述和权利要求中,下列术语将根据下文所列的定义被使用。
术语“等位基因”是指存在于特定基因座的两种或更多种不同的核苷酸序列中的一种。
“等位基因频率”是指一种等位基因在一个个体内、一种品系内、或品系的群体内存在于一个基因座的频率(比例或百分比)。例如,对于等位基因“A”,基因型“AA”、“Aa”、或“aa”的二倍体个体分别具有1.0、0.5、或0.0的等位基因频率。通过对来自某品系的样本个体的等位基因频率取平均值,能够估算该品系内的等位基因频率。相似地,通过对组成群体的品系的等位基因频率取平均值,能够计算该群体内的等位基因频率。对于具有有限数量的个体或品系的群体,等位基因频率能够被表示为包含该等位基因的个体或品系(或任何其他特定分组)的数量。
“扩增子”是经扩增的核酸,例如,通过用任何可用的扩增方法(例如,PCR、LCR、转录等)扩增模板核酸产生的核酸。
术语“扩增”在核酸扩增的上下文中是所选择的核酸的(或从其转录的)附加的拷贝由此产生的任何过程。典型的扩增方法包括多种基于聚合酶的复制方法,包括聚合酶链反应(PCR)、基于连接酶的方法如连接酶链反应(LCR)和基于RNA聚合酶的扩增(例如,转录)方法。
术语“组装”应用于BAC以及它们集中到一起以形成DNA的连续片段的倾向。BAC基于序列对齐“组装”为重叠群,如果该BAC被测序,或通过其BAC指纹与其他BAC的指纹的对齐。使用互联网上公开可用的玉米基因组浏览器(Maize Genome Browser)能够找到公开的组装。
当等位基因是影响某种性状的表达的DNA序列或等位基因的部分或与其相连接时,该等位基因与该性状“相关联”。该等位基因的存在是该性状将如何被表达的指示。
“BAC”,或者叫细菌人工染色体,是来源于天然存在的大肠杆菌(Escherichia coli)的F因子的克隆载体,其自身是能够作为环状质粒存在或者能够被整合进细菌染色体的DNA元件。BAC能够接受大的DNA插入序列。在玉米中,各自包含来自玉米近交系B73的玉米基因组DNA的大插入序列的多个BAC已被组装为重叠群(重叠的邻接的基因片段,或“邻接的DNA”),并且这种组装是互联网上公开地可用的。
BAC指纹图谱是基于特定限制性位点(限制性位点是被切割或“限制”DNA的酶识别的核苷酸序列)的存在或不存在,分析多个DNA样品之间的相似性的方法。用相同组合的限制性酶消化两种或更多种BAC样品,并比较(通常使用凝胶分离)所形成的片段的大小。
“回交”是指杂交子代重复地与亲本之一杂交的过程。在回交方案中,“供体”亲本是指具有有待种质渗入的所期望的基因、基因座、或特定表型的亲本植物。“受体”亲本(使用一次或多次)或“轮回”亲本(使用两次或更多次)是指基因或基因座被种质渗入至其中的亲本植物。例如,参见Ragot,M.等人(1995)Marker-assisted backcrossing:a practicalexample,Techniques et Utilisations des Marqueurs Moleculaires LesColloques,第72卷,第45-56页,和Openshaw等人(1994)Marker-assistedSelection in Backcross Breeding,Analysis of Molecular Marker Data,第41-43页。初始的杂交产生了F1代;术语“BC1”从而指轮回亲本的第二次使用,“BC2”指轮回亲本的第三次使用,以此类推。
厘摩(“cM”)是重组频率的量度单位。一cM等于在一个基因座的标记由于经过一代的杂交而将与第二个基因座的标记分离的1%的可能性。
如本文所用,术语“染色体区间”指的是在植物中存在于单条染色体上的基因组DNA的连续线性区段。位于单个染色体区间的遗传元件或基因是物理上连锁的。染色体区间的大小没有特定的限制。在一些方面,位于单个染色体区间内的遗传元件是遗传上连锁的,通常具有,例如,小于或等于20cM,或者小于或等于10cM的遗传重组距离。即,位于单个染色体区间内的两个遗传元件以小于或等于20%或10%的频率发生重组。
“染色体”是包含许多基因的单独的一段盘绕的DNA,这些基因在细胞分裂过程中作为一个整体起作用和移动并因此能够被称为是连锁的。其还能够被称作“连锁群”。
在本专利申请中,短语“紧密连锁”是指在两个连锁的基因座之间的重组具有等于或小于10%的频率(即,在遗传图谱上分隔不超过10cM)。换句话说,紧密连锁的基因座至少90%的时候共分离。当标记基因座表现出与所期望的性状(例如,降低的谷物水分)共分离的显著可能性(连锁)时,它们在本发明中是尤其有用的。紧密连锁的基因座,如标记基因座和第二基因座,能够表现出10%或更低、优选约9%或更低、更优选约8%或更低、更优选约7%或更低、更优选约6%或更低、更优选约5%或更低、更优选约4%或更低、更优选约3%或更低、以及更优选约2%或更低的基因座间重组频率。在高度优选的实施例中,相关的基因座表现出约1%或更低的重组频率,例如,约0.75%或更低、更优选约0.5%或更低、或更优选约0.25%或更低。以使得两个基因座之间的重组以小于10%(例如,约9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.75%、0.5%、0.25%、或更低)的频率发生的距离位于相同染色体上的这样两个基因座,也被称为是彼此“邻近的”在一些情况下,两个不同的标记能够具有相同的遗传图谱坐标。在这样的情况下,这两个标记彼此是如此地紧邻,使得它们之间的重组以低至不可检测的频率发生。
术语“互补序列”是指与给定的核苷酸序列互补的核苷酸序列,即,上述序列基于Watson-Crick碱基配对规则相关联。
术语“连续的DNA”是指表现为部分重叠的片段或重叠群的基因组DNA的不间断的区段。
当涉及两种遗传元件(例如对谷物水分有贡献的遗传元件与邻近的标记)之间的关系时,“偶联”态连锁是指位于谷物水分基因座处的“有利的”等位基因与相应的连锁的标记基因座的“有利的”等位基因在同一染色体链上物理上相关联的状态。在偶联态中,两个有利的等位基因一起被继承了该染色体链的子代继承。
术语“杂交的”或“杂交”是指有性杂交并且涉及两种单倍体配子通过授粉作用融合,以产生二倍体子代(例如,细胞、种子或植物)。该术语既涵盖了一株植物被另一株授粉,也涵盖了被其自身授粉(或自体授粉,例如,当花粉和胚珠来自同一植物时)。
本文称为“二倍体”的植物具有两套(基因组的)染色体。
本文称为“双单倍体”的植物是通过使单倍体的一套染色体(即,正常染色体数量的一半)加倍开发的。双单倍体植物具有两套相同的染色体,全部的基因座均被认为是纯合的。
“优良品系”是从育种和针对优异的农学性能进行的选择中产生的任何品系。
“外来玉米株系”或“外来玉米种质”是来源于不属于可得的优良玉米品系或种质的株系的玉米植物的株系。在两个玉米植物或种质的株系杂交的情况下,外来种质在亲缘上不与与其杂交的优良种质密切相关。最常见地,外来种质不来源于任何已知的玉米优良品系,而是被选择为将新的遗传元件(通常为新的等位基因)引入育种程序。
“有利的等位基因”是赋予或有助于农学上期望的表型(例如,降低的谷物水分)的、以及允许对具有该农学上期望的表型的植物的鉴定的位于特定基因座的等位基因。标记的有利的等位基因是与有利的表型一起分离的标记等位基因。
“片段”旨在表示核苷酸序列的部分。使用本文所公开的方法,片段能够被用作杂交探针或PCR引物。
“遗传图谱”是对给定物种内的一条或多条染色体(或连锁群)上的基因座之间的遗传连锁关系的描述,通常表示为图或表格形式。对于每一遗传图谱,基因座之间的距离是通过它们的等位基因在群体内一起出现有多频繁(它们的重组频率)测量的。利用DNA或蛋白质标记、或可观察的表型,能够检测等位基因。遗传图谱是作图群体、所使用的标记类型、以及不同群体之间每一标记的多态性可能性的产物。在一个遗传图谱与另一个之间,基因座之间的遗传距离能够是不同的。然而,利用共有的标记,能够使信息在一个图谱与另一个之间相关联。本领域的普通技术人员能够使用共有的标记位置来鉴定各个遗传图谱上所关注的标记和其他基因座的位置。基因座的顺序在图谱之间应当是不变的,然而由于,例如,标记在不同的群体中检测替代性的重复基因座、用于对标记排序的统计学方法的差异、新的突变或实验误差,经常存在标记顺序的小的变化。
“遗传图谱位置”是在遗传图谱上相对于相同连锁群上的周围的遗传标记的位置,其中特定的标记能够见于给定的物种中。
“遗传作图”是通过遗传标记、标记的群体分离、以及重组频率的标准遗传学原理的使用,限定基因座的连锁关系的过程。
“遗传标记”是在群体中具有多态性的核酸,其等位基因能够通过一种或多种分析方法(例如限制性片段长度多态性、扩增片段长度多态性、同功酶、单核苷酸多态性、简单重复序列等)被检测和区分。该术语还指与基因组序列互补的核酸序列,例如用作探针的核酸。对应于群体的成员之间的遗传多态性的标记能够通过本领域中已很好地建立的方法被检测。这些方法包括,例如,基于PCR的序列特异性扩增方法、限制性片段长度多态性(RFLP)的检测、同功酶标记的检测、通过等位基因特异性杂交(ASH)对多核苷酸多态性的检测、对植物基因组的经扩增的可变序列的检测、对自主的序列复制的检测、对简单重复序列(SSR)的检测、对单核苷酸多态性(SNP)的检测、或对扩增片段长度多态性(AFLP)的检测。对于表达序列标签(EST)和来源于EST序列的SSR标记以及随机扩增多态性DNA(RAPD)的检测,已很好地建立的方法也是已知的。
“遗传重组频率”是两个基因座之间交换事件(重组)的频率。通过跟踪减数分裂之后标记和/或性状的分离,能够观察重组频率。
“基因组”是指由染色体或染色体的组携带的总的DNA或基因的完整的组。
术语“基因型”是指一个个体(或个体的组)在一个或多个基因座的基因组成。基因型是由该个体从其亲本继承的一个或多个已知基因座的等位基因限定的。术语基因型能够被用于指在单个基因座、在多个基因座的个体的基因组成,或者更一般地,术语基因型能够被用于指就个体的基因组中的全部基因而言,该个体的基因组成。
“种质”是指个体(例如,植物)、个体的组(例如,植物的品系、变种、或家族)、或来源于品系、变种、物种、或培养物的克隆、或者更一般地为一个物种或多个物种(例如,玉米种质资源集或安第斯种质资源集(Andean germplasm collection)的或来自它们的遗传物质。种质能够是生物体或细胞的部分,或者能够被从生物体或细胞分离。一般来讲,种质提供了具有特定分子组成的遗传物质,其提供了生物体或细胞培养物的全部遗传品质的物理基础。如本文所用,种质包括新的植物可以从其生长的细胞、种子或组织,或者能够被培养为完整植物的植物的部分,例如叶、茎、花粉、或细胞。
“谷物水分”是谷物的一种性质,其被测量以确定最佳的收获时间。其能够使用任何的多种方法被测量,其中之一是使用测量谷物的电性质的仪表。尽管能够获得谷物水分的确切值,如本文所用的谷物水分是相对的术语。因此,在9号染色体数量性状基因座(QTL)之一或二者处具有有利的等位基因的植物将具有与在这些QTL处不具有有利的等位基因的植物相比“降低的谷物水分”。
被称为“单倍体”的植物具有单组(基因组)的染色体。
“单倍型”是个体在多个基因座的基因型,即等位基因的组合。通常,由单倍型描述的基因座是物理上和遗传上连锁的,即位于相同的染色体区段上。术语“单倍型”能够指在特定基因座的等位基因,或指在沿着染色体区段的多个基因座的等位基因。
术语“异质性”被用于表示组内的个体在一个或多个特定基因座基因型是不同的。
材料的杂交反应或“杂种优势”能够被定义为当与其他不同的或不相关的群杂交时,超过亲本的平均(或高值亲本)的表现。
“杂种优势群”包含一组当与来自不同的杂种优势群的基因型杂交时表现良好的基因型(Hallauer等人(1998)Corn breeding,第463-564页。G.F.Sprague和J.W.Dudley(编辑)Corn and corn improvement)。基于多个标准,例如谱系、基于分子标记的相关性、和杂种组合中的表现,近交系被分类为杂种优势群,并进一步被细分为杂种优势群内的家族(Smith等人(1990)Theor.Appl.Gen.80:833-840)。两个在美国最广泛使用的杂种优势群称为“爱荷华坚秆综合(Iowa Stiff Stalk Synthetic)”(本文也称为“坚秆”)和“兰卡斯特(Lancaster)”或“Lancaster Sure Crop”(有时称为NSS或非坚秆)。
一些杂种优势群具有作为雌性亲本所需的性状,而另一些具有用于雄性亲本的性状。例如,在玉米中,产生自从被称为BSSS的群体(爱荷华坚秆综合群体)释放的公开的近交系的产出已使得这些近交系以及它们的衍生物成为了美国中部玉米种植带的雌性库。BSSS近交系已与其他近交系(例如SD 105和Maiz Amargo)杂交,并且这种一般性的材料群体已作为坚秆综合(Stiff Stalk Synthetics(SSS))为人们所知,尽管并非全部的这些近交系均来源于初始的BSSS群体(Mikel和Dudley(2006)Crop Sci:46:1193-1205)。默认地,与SSS近交系良好地组合的全部其他近交系被指定为雄性库,其由于缺少更好的名称已被称为NSS,即“非坚秆”。该群体包括了多个主要的杂种优势群,例如Lancaster Surecrop,Iodent、和LeamingCorn。
如果在一个给定的基因座存在多于一种的等位基因类型,则该个体是“杂合的”(例如,二倍体个体具有两种不同的等位基因各一个拷贝)。
术语“同质性”表示群体的成员在一个或多个特定的基因座具有相同的基因型。
如果一个个体在一个给定的基因座仅具有一种类型的等位基因,则该个体是“纯合的”(例如,二倍体个体在两条同源染色体的每一条具有一个拷贝的相同的等位基因)。
术语“杂交体”是指从至少两个遗传上相异的亲本的杂交获得的子代。
“杂交”或“核酸杂交”是指互补的RNA和DNA链的配对以及互补的DNA单链的配对。
术语“使/与...杂交”是指核酸链的互补区域之间形成碱基对。
“IBM遗传图谱”能够指任何的下列图谱:IBM、IBM2、IBM2neighbors、IBM2FPC0507、IBM2 2004neighbors、IBM2 2005neighbors、IBM2 2005neighbors frame、IBM2 2008neighbors、IBM2 2008neighborsframe、或maizeGDB网站上的最新版本。IBM遗传图谱是基于B73×Mo17群体的,在其中来自初始的杂交的子代在构建用于作图的重组近交系之前被随机配对多个世代。较新的版本反映了遗传的和BAC作图的基因座的添加,以及由于从其他遗传图谱或物理图谱、清理的数据、或新算法的使用获得的信息的整合而增强的图谱细化。
术语“近交系”是指为了遗传同质性被繁育的品系。
术语“插入缺失”是指插入或缺失,其中一个品系可被称为是相对于第二品系具有插入的核苷酸或DNA的片段,或第二品系可被称为是相对于第一品系具有删除的核苷酸或DNA的片段。
术语“种质渗入”是指基因座的所期望的等位基因从一种遗传背景向另一种的输送。例如,位于特定基因座的所期望的等位基因的种质渗入能够通过相同物种的两个亲本之间的有性杂交传至至少一个子代,其中至少一个亲本在其基因组中具有所期望的等位基因。作为另外一种选择,例如,等位基因的输送能够通过两种供体基因组之间的重组发生,例如在融合的原生质体中,其中至少一种供体原生质体在其基因组中具有所期望的等位基因。所期望的等位基因能够通过,例如,与表型相关联的、位于QTL的、是转基因的等的标记被检测。在任何情况下,包含所期望的等位基因的后代能够反复地与具有所期望的遗传背景的品系回交,并针对所期望的等位基因被选择,以使得所期望的等位基因在所选择的遗传背景中固定下来。
“种质渗入”的过程当该过程被重复两次或更多次时经常被称作“回交”。
“品系”或“株系”是相同亲缘的个体的组,它们通常近交至一定程度并且通常在大多数基因座是纯合的和同质的(同基因的或接近同基因的)。“亚系”是指遗传上与起源于相同祖先的其他相似的近交子组不同的后代的近交子组。
如本文所用,术语“连锁”被用于描述一个标记基因座与另一标记基因座或一些其他基因座相关联的程度。分子标记与影响表型的基因座之间的连锁关系作为“概率”或“经调整的概率”被给出。连锁能够被表示为所期望的限度或范围。例如,在一些实施例中,任何标记与任何其他标记当所述标记以单一减数分裂图谱(基于经过一轮减数分裂的群体(例如F2)的遗传图谱;IBM2图谱包括多次减数分裂)的小于50、40、30、25、20、或15个图谱单位(或cM)被分隔时是(遗传上和物理上)连锁的。在一些方面,限定连锁的范围是有利的,例如,10和20cM之间、10和30cM之间、或10和40cM之间。标记与第二基因座越紧密地连锁,该标记就越能作为该第二基因座的更好的指示。因此,“紧密连锁的基因座”,如标记基因座和第二基因座,表现出10%或更低、优选约9%或更低、更优选约8%或更低、更优选约7%或更低、更优选约6%或更低、更优选约5%或更低、更优选约4%或更低、更优选约3%或更低、以及更优选约2%或更低的基因座间重组频率。在高度优选的实施例中,相关的基因座表现出约1%或更低的重组频率,例如,约0.75%或更低、更优选约0.5%或更低、或更优选约0.25%或更低。以使得两个基因座之间的重组以小于10%(例如,约9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.75%、0.5%、0.25%、或更低)的频率发生的距离位于相同染色体上的这样两个基因座,也被称为是彼此“邻近的”既然一cM是表现出1%的重组频率的两个标记之间的距离,任何标记与以10cM或更小的距离紧邻的任何其他标记(遗传上和物理上)是紧密连锁的。两个在相同染色体上紧密连锁的标记能够定位为彼此相距9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.75、0.5或0.25cM或更小。
术语“连锁不平衡”是指基因座或性状(或两者)的非随机的分离。不论哪种情况,连锁不平衡暗示相关的基因座沿染色体的长度处于物理上足够的邻近程度内,使得它们以高于随机的(即,非随机的)频率一起分离。表现出连锁不平衡的标记被认为是连锁的。连锁的基因座超过50%的时候共分离,例如,约51%至约100%的时候。换句话讲,共分离的两个标记具有小于50%的重组频率(并且按照定义,在相同的连锁群上相隔小于50cM)。如本文所用,连锁能够是在两个标记之间,或者是在标记和影响表型的基因座之间。标记基因座能够与性状“相关联”(相联系)。标记基因座与影响表型性状的基因座连锁的程度作为,例如,该分子标记与该性状共分离的统计概率(例如,F统计数值或LOD分值)被测量。
连锁不平衡最通常地是使用测量值r2描述的,r2是使用Hill,W.G.和Robertson,A,Theor.Appl.Genet.38:226-231(1968)描述的公式计算的。当r2=1时,在两个标记基因座之间存在彻底的连锁不平衡,意味着所述标记不被重组分离并具有相同的等位基因频率。r2值将取决于所使用的群体。高于1/3的r2值表示对于用于作图足够强的连锁不平衡(Ardlie等人,NatureReviews Genetics 3:299-309(2002))。因此,当成对的标记基因座之间的r2值大于或等于0.33、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、或1.0时,等位基因是连锁不平衡的。
如本文所用,“连锁平衡”描述两个标记独立地分离的情况,即,在子代间随机地分布。表现出连锁平衡的标记被认为是非连锁的(无论它们是否位于相同染色体上)。
“基因座”是染色体上的位置,例如,核苷酸、基因、序列、或标记所位于的地方。
“优势对数(LOD)值”或“LOD分数”(Risch,Science 255:803-804(1992))在遗传区间作图中被用于描述两个标记基因座之间连锁的程度。两个标记之间的LOD分数为三表示连锁的可能性是不连锁的1000倍,而LOD分数为二表示连锁的可能性是不连锁的100倍。大于或等于二的LOD分数可被用于检测连锁。LOD分数还能够被用于在“数量性状基因座”作图中显示标记基因座与数量性状之间相关联的强度。在这种情况下,LOD分数的大小取决于标记基因座距影响数量性状的基因座的紧密度,以及数量性状效应的大小。
“玉米”是指玉蜀黍(Zea mays L.ssp.mays)的植物,也被称为“玉米”。
术语“玉米植物”包括整个玉米植物、玉米植物细胞、玉米植物原生质体、能够从其中再生出玉米植物的玉米植物细胞或玉米组织培养物、玉米植物愈伤组织、在玉米植物或玉米植物的部分中的完整的玉米植物团块和玉米植物细胞,如玉米种子、玉米芯、玉米花、玉米子叶、玉米叶、玉米茎、玉米芽、玉米根、玉米根尖等。
“标记”是用于找到遗传图谱或物理图谱上的位置、或者标记与性状基因座(影响性状的基因座)之间关系的手段。标记所检测的位置可以是通过多态性等位基因的检测以及它们的遗传作图、或者通过已经过物理作图的序列的杂交、序列匹配或扩增而被知道。标记能够是DNA标记(检测DNA多态性)、蛋白质(检测所编码的多肽的变型)、或只是遗传的表型(例如“蜡质”表型)。DNA标记能够来源于基因组核苷酸序列或来自表达的核苷酸序列(例如,来自拼接的RNA或cDNA)。根据DNA标记技术,标记将包括基因座侧翼的互补的引物和/或与位于该基因座的多态性等位基因杂交的互补探针。DNA标记,或遗传标记,还能够被用于描述其自身染色体上的基因、DNA序列或核苷酸(而不是用于检测基因或DNA序列的组分),并且当该DNA标记与人类遗传学中的特定性状相关联时经常被使用(例如,针对乳腺癌的标记)。术语标记基因座是标记所检测的基因座(基因、序列或核苷酸)。
检测群体的成员之间的遗传多态性的标记是本领域中已很好地建立的。标记能够被它们所检测的多态性的类型以及用于检测该多态性的标记技术限定。标记类型包括但不限于,例如,限制性片段长度多态性(RFLP)的检测、同功酶标记的检测、随机扩增多态性DNA(RAPD)、扩增片段长度多态性(AFLP)、对简单重复序列(SSR)的检测、对植物基因组的经扩增的可变序列的检测、对自主的序列复制的检测、或对单核苷酸多态性(SNP)的检测。SNP能够通过,例如,DNA测序、基于PCR的序列特异性扩增方法、通过等位基因特异性杂交(ASH)对多核苷酸多态性的检测、动态等位基因特异性杂交(DASH)、分子信标、微阵列杂交、寡核苷酸连接酶测定、Flap内切核酸酶、5’内切核苷酸、引物延伸、单链构象多态性(SSCP)或温度梯度凝胶电泳(TGGE)被检测。DNA测序,例如焦磷酸测序技术,具有能够检测组成单倍型的一系列连锁的SNP等位基因的优点。单倍型趋于比SNP更具信息量(检测更高水平的多态性)。
“标记等位基因”,或者“标记基因座的等位基因”,能够指在群体中存在于标记基因座的多种多态性核苷酸序列之一。
“标记辅助选择”(MAS)是基于标记基因型对各个植物进行选择的过程。
“标记辅助的反选择”是标记基因型在其中被用于鉴定将不被选择的植物,使得能够将它们从育种程序或种植中去除的过程。
“标记单倍型”是指在标记基因座处的等位基因的组合。
“标记基因座”是物种的基因组中能够存在特定标记的特定染色体位置。标记基因座能够被用于追踪第二个连锁的基因座(例如,影响表型性状的表达的基因座)的存在。例如,标记基因座能够被用于监控遗传上或物理上连锁的基因座处的等位基因的分离。
“标记探针”是能够被用于通过核酸杂交鉴定标记基因座的存在的核酸序列或分子,例如,与标记基因座序列互补的核酸探针。包含30个或更多的标记基因座的连续的核苷酸(标记基因座序列的“全部或一部分”)的标记探针可被用于核酸杂交。作为另外一种选择,在一些方面,标记探针是指能够鉴别(即,基因分型)存在于标记基因座的具体等位基因的任何类型的探针。
术语“分子标记”可被用于指遗传标记,如上文所定义的,或者当鉴定连锁的基因座时用作参考点的其编码的产物(例如,蛋白质)。标记能够来源于基因组核苷酸序列或表达的核苷酸序列(例如,来自拼接的RNA、cDNA等)、或编码的多肽。该术语还指与标记序列互补或位于其侧翼的核酸序列,例如用作探针或能够扩增标记序列的引物对的核酸。“分子标记探针”是能够被用于鉴定标记基因座的存在的核酸序列或分子,例如,与标记基因座序列互补的核酸探针。作为另外一种选择,在一些方面,标记探针是指能够鉴别(即,基因分型)存在于标记基因座的具体等位基因的任何类型的探针。当核酸在溶液中特异性地杂交(例如,按照Watson-Crick碱基配对规则)时,它们是“互补的”。本文所述的一些标记当位于插入删除区域(例如本文所述的非共线区域)时也被称为杂交标记。这是因为该插入区域按照定义相对于没有该插入的植物是多态性的。因此,标记需要仅表明该插入删除区域是存在还是不存在。任何适合的标记检测技术均可被用于鉴定此类杂交标记,例如,SNP技术被用于本文提供的例子中。
当等位基因与性状相关联并且当该等位基因的存在是所期望的性状或性状形式将在包含该等位基因的植物中不存在的指示时,该等位基因与该性状“负面地”相关联。
“核苷酸序列”、“多核苷酸”、“核酸序列”、和“核酸片段”在本文中可互换使用,指作为单链或双链的RNA或DNA聚合物,任选地含有合成的、非天然的或改变的核苷酸碱基。“核苷酸”是DNA或RNA聚合物从其构建的单体单元,并且由嘌呤或嘧啶碱基、戊糖、和磷酸基团组成。核苷酸(通常以它们的5′-单磷酸形式存在)可以用如下它们的单字母名称指代:“A”表示腺苷酸或脱氧腺苷酸(分别对应RNA或DNA),“C”表示胞苷酸或脱氧胞苷酸,“G”表示鸟苷酸或脱氧鸟苷酸,“U”表示尿苷酸,“T”表示脱氧胸苷酸,“R”表示嘌呤(A或G),“Y”表示嘧啶(C或T),“K”表示G或T,“H”表示A或C或T,“I”表示肌苷,并且“N”表示任意核苷酸。
术语“表型”、“表型性状”、或“性状”能够指基因或系列的基因可观察的表达。表型能够是通过肉眼、或通过本领域已知的任何其他评估方式可观察的,例如,称重、计数、测量(长度、宽度、角度等)、显微镜法、生物化学分析、或电动机械测定。在一些情况下,表型是由单个基因或基因座直接控制的,即,“单基因性状”或“简单遗传性状”。在不存在大程度的环境变异时,单基因性状能够在群体中分离,产生“定性的”或“离散的”分布,即,表型分成离散的类别。在其他情况下,表型是多个基因的结果,并且能够被认为是“多基因性状”或“复合性状”。多基因性状在群体中分离产生“定量的”或“连续的”分布,即,表型不能被分离成离散的类别。单基因和多基因性状均能够被它们在其中被表达的环境影响,但多基因性状趋于具有较大的环境组成。
基因组的“物理图谱”是显示可鉴定的标志(包括基因、标记等)在染色体DNA上的线性次序的图谱。然而,与遗传图谱相对,标志之间的距离是绝对的(例如,以碱基对或分离和重叠的连续的基因片段测量的)并且不是基于(在不同群体中能够变化的)遗传重组。
“植物/植物”能够是整个植物、其任何部分、或来源于植物的细胞或组织培养物。因此,术语“植物/植物”能够指任何的:整个植物、植物的组分或器官(例如,叶、茎、根等)、植物组织、种子、植物细胞、和/或它们的子代。植物细胞是植物的、取自植物的、或通过培养来源于取自植物的细胞的细胞。
“来源于坚秆综合群体中的近交的”玉米植物可以是杂交体。
“多态性”是群体内的两个或更多个个体之间DNA的变化。多态性优选地在群体中具有至少1%的频率。有用的多态性能够包括单核苷酸多态性(SNP)、简单重复序列(SSR)、或插入/删除多态性(本文也称为“插入删除”)。
当等位基因与性状相关联并且当该等位基因的存在是所期望的性状或性状形式将在包含该等位基因的植物中存在的指示时,该等位基因与该性状“正面地”相关联。
“概率值”或“p值”是表型与特定标记等位基因的存在或不存在的组合是随机的统计可能性。因此,p值越低,基因座与表型相关联的可能性越高。p值能够受第一基因座(通常为标记基因座)和影响表型的基因座的接近度、加上表型效应(由等位基因取代导致的表型的变化)的量值的影响。在一些方面,p值被认为是“显著的”或“非显著的”。在一些实施例中,0.05的p值(p=0.05,或5%概率)的随机分配被认为是关联的显著指示。然而,可接受的概率能够是小于50%(p=0.5)的任何概率。例如,显著的概率能够是小于0.25、小于0.20、小于0.15、小于0.1、小于0.05、小于0.01、或小于0.001。
“生产标记”或“生产SNP标记”是被开发用于高通量目的的标记。生产SNP标记被开发用于检测特定多态性,并且被设计为与多种化学品和平台一起使用。所使用的标记名称以代表“先锋Hi-Bred标记(Pioneer Hi-Bred Marker)”的前缀PHM开始,然后是从其设计的序列特异性的数字,然后是“.”或“-”,然后是DNA多态性特异性的后缀。还可以接着有标记的版本(A、B、C等),表示对该特定多态性设计的标记的版本。
术语“子代”是指从杂交产生的后代。
“子代植物”是从两个植物之间的杂交产生的植物。
术语“数量性状基因座”或“QTL”是指与定量的表型性状在至少一种遗传背景中(例如,在至少一个育种群体中)的差异表达相关联的DNA的区域。QTL的区域涵盖影响所讨论的性状的一个或多个基因或与其密切相关。“QTL的等位基因”能够包含连续的基因组区域或连锁群中的多个基因或其他遗传因子,例如单倍型。QTL的等位基因能够表示特定窗口内的单倍型,其中所述窗口是能够用一组的一个或多个多态性标记限定和追踪的连续的基因组区域。单倍型能够被特定窗口内的每一标记的等位基因的独特“指纹”限定。
“参考序列”或“共有序列”是用作序列比较的基础的限定的序列。针对PHM标记的参考序列是通过在该基因座对多个品系测序、在序列比对程序(例如Sequencher)中比对核苷酸序列、然后获取比对中最普遍的核苷酸序列获得的。在共有序列中对个体序列间存在的多态性进行注释。参考序列通常不是任何个体DNA序列的确切拷贝,而是代表可用的序列的混合物并且被用于设计针对该序列内的多态性的引物和探针。
在“相斥”态连锁中,所关注的基因座处的“有利的”等位基因与邻近的标记基因座处的“不利的”等位基因物理上相连锁,并且两种“有利的”等位基因不一起遗传(即,两个基因座是彼此“反相”的)。
“顶交测试”是通过将每一个体(例如,选择、近交系、克隆或子代个体)与相同的花粉亲本或“测试者”(通常为纯合品系)杂交进行的测试。
短语“在严格条件下”是指在探针或多核苷酸在其中将与特异性核酸序列(通常是在核酸的复杂混合物中)杂交而基本不与其他序列杂交的条件。严格条件是序列依赖性的并将因不同的环境而异。较长的序列在较高的温度特异性地杂交。一般来讲,严格条件被选择为比特定序列在规定的离子强度pH的热解链温度(Tm)低约5-10℃。Tm是(在规定的离子强度、pH、和核酸浓度)50%的与靶标互补的探针在平衡时与靶标序列杂交的温度(由于靶标序列过量地存在,在Tm时50%的探针在平衡时被占据)。严格条件将是如下那些条件:在pH7.0至8.3盐浓度低于约1.0M钠离子,通常约0.01至1.0M钠离子浓度(或其他盐),并且对于短探针(例如10至50个核苷酸)温度为至少约30℃,而对于长的探针(例如多于50个核苷酸)温度为至少约60℃。严格条件也可以通过加入诸如甲酰胺之类的去稳定剂来实现。对于选择性或特异性杂交,阳性信号是至少两倍于背景、优选10倍于背景的杂交。示例性的严格杂交条件通常是:50%甲酰胺、5x SSC、和1%SDS,在42℃孵育,或5x SSC、1%SDS,在65℃孵育,在0.2x SSC、和0.1%SDS中于65℃洗涤。对于PCR,约36℃的温度对于低严格性扩增而言是典型的,尽管退火温度可根据引物长度在约32℃和48℃之间改变。大量参考文献中提供了关于确定杂交参数的更多指南。
标记的“不利的等位基因”是与不利的植物表型一起分离,从而提供了鉴定能够被从育种程序或种质中去除的植物的有益效果的标记等位基因。
术语“产量”是指有商业价值的特定植物产物每单位面积的产量。例如,玉米的产量通常以每一季每英亩的种子蒲式耳数或每公顷的种子公吨数测量。产量受遗传和环境因素影响。“农学”、“农学性状”、和“农学性能”是指经过生长季节的过程对产量有所贡献的给定植物品种的性状(和背后的遗传因子)。个别的农学性状包括出苗活力、营养势、胁迫耐受性、病害抗性或耐受性、除草剂抗性、分枝、开花、种子成形、种子大小、种子密度、抗倒伏性、脱粒率等。产量因此是所有农学性状的最终结局。
序列比对和百分比同一性的计算可以用设计用于检测同源序列的多种比较方法来确定,这些方法包括但不限于LASERGENE生物信息学计算软件包(Inc.,Madison,WI)的程序。除非另行指出,本文提供的序列的多重比对是使用Clustal V比对方法(Higgins和Sharp、CABIOS.5:151153(1989))以默认参数(GAP PENALTY=10、GAPLENGTH PENALTY=10)进行的。使用Clustal V方法进行逐对比对和蛋白质序列的百分比同一性计算的默认参数为KTUPLE=1、GAPPENALTY=3、WINDOW=5、以及DIAGONALS SAVED=5。对于核酸,这些参数为KTUPLE=2、GAP PENALTY=5、WINDOW=4以及DIAGONALSSAVED=4。在用Clustal V程序进行序列比对后,有可能通过观察相同程序中的“序列距离”表来获得“百分比同一性”和“趋异度”值。除非另行指出,本文所提供和受权利要求书保护的百分比同一性和趋异度是以这种方式计算的。
本文使用的标准重组DNA和分子克隆技术是本领域所熟知的并且在如下文献中有更全面的描述:Sambrook,J.,Fritsch,E.F.和Maniatis,T.,Molecular Cloning:A Laboratory Manual;Cold Spring Harbor LaboratoryPress:Cold Spring Harbor,1989(下文称为“Sambrook”)。
遗传作图
人们早已认识到,与特定的表型(例如谷物水分)相关联的特定基因座能够在生物的基因组中被作图。通过检测显示出与所期望的表型统计上显著的共分离概率(表现为连锁不平衡)的标记等位基因,植物育种人员能够有利地利用分子标记鉴定所期望的个体。通过鉴定与所关注的性状共分离的分子标记或分子标记的集合,育种人员能够通过针对正确的分子标记等位基因进行选择而迅速地选择所期望的表型(称为标记辅助选择或MAS的过程)。
本领域中为人们所熟知的多种方法可用于检测与所关注的性状(例如谷物水分)共分离的分子标记或分子标记的集合。这些方法背后的基本思路是标记的选择,对于这些标记,可供选择的基因型(或等位基因)具有显著不同的平均表型。因此,人们在标记基因座之间对可供选择的基因型(或等位基因)之间差异的量值或这种差异的显著性水平进行比较。性状基因被推测为位于与具有最大的相关联的基因型差异的标记最近处。
用于检测所关注的性状基因座的两种此类方法是:1)基于群体的关联分析和2)常规的连锁分析。在基于群体的关联分析中,品系获得自具有多个奠基者的现有的群体,例如优良育种品系。基于群体的关联分析依赖于连锁不平衡(LD)的衰退和在非结构化的群体中,在如此多的随机交配的世代之后,将只保留控制所关注的性状的基因和与这些基因紧密连锁的标记之间的相关性的理念。实际上,大多数现有的群体具有群体亚结构。因此,通过使用从基因组中随机分布的标记获得的数据,将个体分配至群体,从而使由各个群体(也被称为亚群)中的群体结构导致的不平衡最小化,结构化的关联方法的使用有助于控制群体结构。对于亚群中的每一品系,将表型值与在每一标记基因座的基因型(等位基因)进行比较。显著的标记-性状相关性表明标记基因座与参与该性状的表达的一个或多个基因座之间紧密邻近。
常规的连锁分析背后存在相同的原理;然而,LD是通过从少量的奠基者构建群体产生的。奠基者被选择为使所构建的群体内的多态性的水平最大化,并评估多态性位点具有给定表型的共分离的水平。多种统计方法已被用于鉴定显著的标记-性状相关性。一种此类方法是区间作图方法(Lander和Botstein,Genetics 121:185-199(1989),在其中,对沿着遗传图谱的许多位置(例如以1cM间隔)中的每一个,测试了控制所关注的性状的基因位于该位置的可能性。基因型/表型数据被用于针对每一测试位置计算LOD分数(优势比的对数)。当LOD分数超过阈值时,存在控制所关注的性状的基因位于遗传图谱上的该位置(其将落于两个特定的标记基因座之间)的显著证据。
本发明提供了展示出与谷物水分统计上显著的共分离的玉米标记基因座,如通过常规的连锁分析和通过全基因组关联分析所确定的。对这些基因座或附加的连锁基因座的检测能够被用于标记辅助的育种程序中,以产生具有降低的谷物水分的植物。
标记辅助的玉米育种程序中的行动可包括但不限于:在新的育种群体中进行选择,以鉴定基于历史基因型和农学性状相关性,哪个群体具有有利的核酸序列的最高频率;在育种群体中的子代中选择有利的核酸序列;在亲本品系中基于对子代性能的预测进行选择;和基于有利的核酸序列的存在,将品系推进用于种质改善活动中。
QTL位置
从连锁作图分析中鉴定了9号染色体上的两个QTL(实例1)。本文鉴定为QTL9-1的第一个QTL位于单一减数分裂图谱(例如PHB图谱)上的72-79cM,这大约相当于IBM2图谱(其最新的版本是IBM2 2008图谱)上的200.4-230.6cM。QTL9-1被发现与谷物水分和产量均相关联。本文鉴定为QTL9-2的第二个QTL位于单一减数分裂图谱(例如PHB图谱)上的93-98cM,这大约相当于IBM2图谱(其最新的版本是IBM2 2008图谱)上的317-323cM。QTL9-2被发现与谷物水分相关联。还通过全基因组关联分析验证了这些QTL。
染色体区间
提供了与谷物水分相关联的染色体区间。本领域中为人们所熟知的多种方法可用于鉴定染色体区间。此类染色体区间的边界被划为涵盖将与控制所关注的性状的基因连锁的标记。换句话讲,染色体区间被划为使得位于该区间内的任何标记(包括限定该区间的边界的末端标记)能够被用作针对谷物水分的标记。表1和2显示了在本文中被显示与谷物水分相关联的和与控制谷物水分的基因连锁的QTL9-1和QTL9-2区域内的标记。列于表1和2中的每一PHM标记的参考序列表示为SEQ ID NO:1-20,引物表示为SEQ ID NO:21-100。
表1:QTL9-1标记
*图谱位置是基于相对的物理图谱位置估计的。
表2:QTL9-2标记
*图谱位置是基于相对的物理图谱位置估计的。
每一区间包含至少一个QTL,而且,可实际上包含多于一个的QTL。多个QTL在相同区间内的紧邻可混淆特定标记与特定QTL的相关性,因为一个标记可展示与多于一个的QTL的连锁。相反,例如,如果紧邻的两个标记显示出与所期望的表型性状的共分离,这些标记中的每一个鉴定的是相同的QTL还是不同的QTL有时是不清楚的。无论如何,知道特定的区间内有多少QTL对于本发明的实施是不必要的。
下文描述的区间涵盖了与谷物水分共分离的标记。在局部区域内与谷物水分共分离的标记的聚簇在染色体上相对小的区域内出现,表明一个或多个QTL在这些染色体区域内的存在。区间被划为涵盖与谷物水分共分离的标记。区间被位于它们末端的标记界定,而区间涵盖了定位在该区间内的标记以及界定了所述末端的标记。由界定了该区间的端点的末端标记描述的区间将包括所述末端标记和位于该染色体区域内的任何标记,无论这些标记是当前已知的还是未知的。
QTL9-1区间可涵盖本文鉴定为与谷物水分性状相关联的任何标记,包括:PHM18206、PHM9929、PHM6726、PHM4910、PHM6667、PHM229、PHM6567、PHM5208、PHM15758、PHM14370、PHM3159、PHM17246、和PHM4691。QTL9-1区间,例如,可被在物理图谱上以最大距离分隔的标记PHM18206和PHM4910界定,其中所述区间涵盖定位于该区间内的标记以及标记PHM18206和PHM4910。位于这些区间内的任何标记能够被用作针对谷物水分的标记,并且能够在本文所述的方法中被用于鉴定和/或选择具有降低的谷物水分的玉米植物。
QTL9-2区间可涵盖本文鉴定为与谷物水分性状相关联的任何标记,包括:PHM18292、PHM4598、PHM3507、PHM3004、PHM14122、PHM10270、和PHM14092。QTL9-2区间,例如,可被在物理图谱上以最大距离分隔的标记PHM4598和PHM14092界定,其中所述区间涵盖定位于该区间内的标记以及标记PHM4598和PHM14092。位于这些区间内的任何标记能够被用作针对谷物水分的标记,并且能够在本文所述的方法中被用于鉴定和/或选择具有降低的谷物水分的玉米植物。
染色体区间还能够被与QTL标记连锁(表现出与其的连锁不平衡)的标记界定,r2是关联研究中连锁不平衡(LD)的常用量度。如果例如位于QTL9-1或QTL9-2区间之一的9号染色体标记基因座与紧邻的另一9号染色体标记基因座之间LD的r2值大于1/3(Ardlie等人,Nature ReviewsGenetics 3:299-309(2002)),则所述基因座彼此处于连锁不平衡中。
标记和连锁的关系
连锁的通常量度是性状共分离的频率。这能够以共分离的百分比(重组频率)或以厘摩(cM)表示。cM是遗传重组频率的量度单位。一cM等于在一个基因座的性状将由于经过一代的杂交而与在另一基因座的性状分离的1%的可能性(意味着这些性状99%的时候分离在一起)。由于染色体距离与性状之间交换事件的频率大致成比例,存在与重组频率相关联的大约的物理距离。
标记基因座自身是性状,并且能够通过在分离过程中跟踪标记基因座,根据标准的连锁分析被评估。因此,一cM等于一个标记基因座由于经过一代的杂交而将与另一个基因座分离的1%的可能性。
标记与控制所关注的性状的基因越近,该标记作为针对所期望的性状的指示就越有效和有利。紧密连锁的基因座表现出约10%或更低、优选约9%或更低、更优选约8%或更低、更优选约7%或更低、更优选约6%或更低、更优选约5%或更低、更优选约4%或更低、更优选约3%或更低、以及更优选约2%或更低的基因座间交换频率。在高度优选的实施例中,相关的基因座(例如,标记基因座和靶基因座)表现出约1%或更低、例如约0.75%或更低、更优选约0.5%或更低、或甚至更优选约0.25%或更低的重组频率。因此,所述基因座相距约10cM、9cM、8cM、7cM、6cM、5cM、4cM、3cM、2cM、1cM、0.75cM、0.5cM或0.25cM或更近。换句话说,以使得两个基因座之间的重组以小于10%(例如,约9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.75%、0.5%、0.25%、或更低)的频率发生的距离位于相同染色体上的这样两个基因座,被称为是彼此“邻近的”
尽管特定的标记等位基因能够与谷物水分共分离,重要的是,该标记基因座不一定负责谷物水分表型的表达。例如,不需要标记多核苷酸序列是负责谷物水分表型的基因的一部分(例如,是基因开放阅读框的部分)。特定标记等位基因与降低的谷物水分之间的相关性是由于所述标记等位基因与所述等位基因之间在该等位基因所从其来源的祖先玉米品系中的初始的“偶联”连锁态。最终,随着反复的重组,所述标记和基因座之间的交换事件能够改变这种取向。由于上述原因,根据被用于构建分离群体的具有降低的谷物水分的亲本中存在的连锁态,有利的标记等位基因可以改变。这并不改变该标记能够被用于监控该表型的分离这一事实。它只改变在给定的分离群体中是哪个标记等位基因被认为是有利的。
本文所述的方法包括检测与降低的谷物水分相关联的一个或多个标记等位基因在玉米植物中的存在,然后鉴定和/或选择在这些标记基因座具有有利的等位基因的玉米植物。表1和2中所列的标记在本文中已被鉴定为与谷物水分相关联并从而能够被用于预测玉米植物中的谷物水分。表1和2中的任何标记50cM、40cM、30cM、20cM、15cM、10cM、9cM、8cM、7cM、6cM、5cM、4cM、3cM、2cM、1cM、0.75cM、0.5cM或0.25cM以内的标记也能够被用于预测玉米植物中的谷物水分。
标记辅助选择
分子标记能够被用于多种植物育种应用中(例如,参见Staub等人(1996)Hortscience 31:729-741;Tanksley(1983)Plant Molecular BiologyReporter.1:3-8)。所关注的一个主要领域是利用标记辅助选择(MAS)提高回交和基因的种质渗入的效率。展示与影响所期望的表型性状的基因座的连锁的分子标记,提供了用于在植物群体中选择该性状的有用工具。当所述表型难以测定时尤其如此。由于DNA标记检测与大田表型测定相比较不费力并且占用较少的实体空间,能够测定大得多的群体,提高了发现具有从供体品系转移至受体品系的靶片段的重组体的可能性。连锁越紧密,标记越有用,因为重组越不可能在标记和导致性状的基因之间发生(这能够导致假阳性)。具有两翼标记降低了假阳性选择发生的可能性,因为将需要双重重组事件。理想的情况是具有在基因自身中的标记,使得重组不能够在标记和基因之间发生。此类标记被称为“最佳标记”。
当基因通过MAS种质渗入时,不仅该基因被引入,其侧翼区域也被引入(Gepts.(2002).Crop Sci;42:1780-1790)。这被称为“连锁累赘”。在供体植物与受体植物高度不相关的情况下,这些侧翼区域携带可能编码农学上不可取的性状的附加的基因。即使在与优良玉米品系的多个周期的回交之后,这种“连锁累赘”也可能导致降低的产量或其他负面的农学特性。这有时也被称为“产量抑制”。通过更多的回交能够减小侧翼区域的大小,但这不一定成功,因为育种人员控制所述区域的大小或重组断裂点(Young等人(1998)Genetics 120:579-585)。在经典的育种中,被选择的重组体有助于供体片段大小的减小经常仅是偶然(Tanksley等人(1989).Biotechnology7:257-264)。在这种类型的回交中,即使在20轮回交之后,人们仍可预期发现相当大的供体染色体片段与被选择的基因相连。然而,使用标记,有可能选择在所关注的基因附近经历了重组的那些罕见个体。在150个回交植物中,基于单一减数分裂图谱距离,有95%的可能性至少一个植物将在所述基因的1cM内经历交换。标记将允许对这些个体的明确鉴定。在有300个植物的附加的回交时,有95%的可能性在所述基因的另一侧1cM单一减数分裂图谱距离内有交换,产生基于单一减数分裂图谱距离小于2cM的靶基因周围的片段。使用标记,这能够在两代内实现,而没有标记将需要平均100代(参见Tanksley等人,同上文)。当基因的确切位置已知时,该基因周围的侧翼标记能够被用于选择不同群体大小中的重组。例如,在较小的群体大小,可预期重组距离所述基因较远,因此检测该重组将需要更为远侧的侧翼标记。
包含提高的公开玉米标记密度的玉米基因组的整合的连锁图谱的可用性有助于玉米的遗传作图和MAS。参见,例如IBM2Neighbors图谱,其在MaizeGDB网站上可在线使用。
MAS的实施的关键部分是:(i)限定标记-性状相关性将在其中被确定的群体,其能够是分离的群体、或随机的或结构化的群体;(ii)监控多态性标记相对于性状的分离或相关性,并利用统计学方法确定连锁或相关性;(iii)基于统计学分析的结果,限定一组有利的标记,和(iv)利用和/或外推该信息至当前的育种种质的组,以使得能够进行基于标记的选择决策。本公开中描述的标记,以及诸如SSR和FLP的其他标记类型,能够被用于标记辅助选择规程中。
SSR能够被定义为具有6bp或更小的长度的相对短的随机重复DNA(Tautz(1989)Nucleic Acid Research 17:6463-6471;Wang等人(1994)Theoretical and Applied Genetics,88:1-6)。多态性由于重复单元的数量变化而产生,这可能是由DNA复制过程中的滑移导致的(Levinson和Gutman(1987)Mol Biol Evol 4:203-221)。通过针对保守的非重复的侧翼区域设计PCR引物,可检测重复长度的变化(Weber和May(1989)Am J Hum Genet.44:388-396)。SSR高度适合作图和MAS,因为它们是多等位基因的、共显性的、可复制的并且适合高通量自动化检测(Rafalski等人(1996)Generatingand using DNA markers in plants.载于:Non-mammalian genomic analysis:apractical guide.Academic press.第75-135页)。
能够生成多种类型的SSR标记,并且通过扩增产物的凝胶电泳能够获得SSR谱。标记基因型的评分是基于扩增片段的大小。Saint-Jean-sur-Richelieu,Quebec,Canada的DNA Landmarks以合同形式面向公众提供针对玉米的SSR服务。
还能够生成多种类型的FLP标记。最常见地,扩增引物被用于生成片段长度多态性。此类FLP标记在很多方面与SSR标记相似,不同的是通过所述引物扩增的区域通常不是高度重复的区域。尽管如此,所扩增的区域或扩增子将在种质之间具有足够的变异性(通常是由于插入或删除),使得通过扩增引物产生的片段能够在多态性的个体之间被区分,并且此类插入删除已知在玉米中频繁发生(Bhattramakki等人(2002).Plant Mol Biol 48,539-547;Rafalski(2002b),同上文)。
SNP标记检测单碱基对核苷酸取代。在所有的分子标记类型中,SNP是最丰富的,因此具有提供最高的遗传图谱分辨率的潜能(Bhattramakki等人2002Plant Molecular Biology 48:539-547)。以所谓“超高通量”的方式,SNP能够以甚至比SSR更高的通量水平被测定,因为它们不需要大量的DNA,并且检测的自动化能够简捷地进行。而且,SNP肯定是相对低成本的体系。这三项因素一起使得SNP在MAS中的使用非常有吸引力。对于SNP基因分型,有多种方法可用,包括但不限于杂交、引物延伸、寡核苷酸连接、核酸酶裂解、微测序和编码微球。此类方法综述于:Gut(2001)Hum Mutat 17第475-492页;Shi(2001)Clin Chem 47,第164-172页;Kwok(2000)Pharmacogenomics 1,第95-100页;和Bhattramakki和Rafalski(2001)Discovery and application of single nucleotide polymorphismmarkers in plants.载于:R.J.Henry编辑,Plant Genotyping:The DNAFingerprinting of Plants,CABI Publishing,Wallingford。各种各样的商品化的可用技术利用这些以及其他的方法来检测SNP,包括Masscode.TM.(Qiagen)、(Third Wave Technologies)和Invader(Applied Biosystems)、(Applied Biosystems)和(Illumina)。
一段序列内、或跨越连锁的序列的多个SNP一起,能够被用于描述就任何特定基因型而言的单倍型(Ching等人(2002),BMC Genet.3:19pp Gupta等人2001,Rafalski(2002b),Plant Science 162:329-333)。单倍型能够比单个SNP更具信息,并且更能够描述任何特定的基因型。例如,对于具有降低的谷物水分的特定品系或品种,单个SNP可以是等位基因“T”,但等位基因“T”可能在被用作回交亲本的玉米育种群体中也存在。在这种情况下,单倍型,例如连锁的SNP标记处等位基因的组合,能够更具信息。一旦对供体染色体区域指定了一种独特的单倍型,该单倍型即能够在该群体或其任何子群体中被用于确定个体是否具有特定的基因。参见,例如,WO2003054229。本领域的普通技术人员已知的自动化高通量标记检测平台的使用使得该过程高效率且有效。
由于插入/删除多态性的存在,本文所述的许多PHM标记能够容易地被用作FLP标记,用于选择9号染色体上的基因座。在相同的区域内,用于PHM标记的引物也能够被用于将这些标记转换为SNP或其他结构上类似的或功能上等同的标记(SSR、CAP、插入删除等)。用于SNP转换的一种非常有效的方法描述于:Rafalski(2002a)Current opmion in plantbiology 5(2):94-100以及Rafalski(2002b)Plant Science 162:329-333。利用PCR,引物被用于扩增来自代表了所关注的群体中的多样性的(优选近交的)个体的DNA片段。在一个或全部两个方向上对PCR产物直接测序。比对所得到的序列并鉴定多态性。多肽性不限于单核苷酸多态性(SNP),而是包括插入删除、CAP、SSR、和VNTR(可变数目串联重复)。具体地,对于本文所述的精细图谱信息,能够容易地利用本文提供的信息获得通过本公开中所列引物扩增的区域内附加的多态性SNP(和其他标记)。所描述的图谱区域内的标记能够与BAC或其他基因组文库杂交,或以电子方式与基因组序列比对,以在与所述标记相同的近似位置发现新的序列。
除SSR、FLP和SNP之外,如上文所述,其他类型的分子标记也被广泛地使用,包括但不限于表达序列标签(EST)、来源于EST序列的SSR标记、随机扩增多态性DNA(RAPD)、和其他基于核酸的标记。
同功酶谱和相关联的形态学特性在一些情况下也能够被间接用作标记。虽然它们不直接检测DNA差异,但它们经常受特定遗传差异影响。然而,与同功酶或形态学标记相比,检测DNA变异的标记要多得多并且更具多态性得多(Tanksley(1983)Plant Molecular Biology Reporter 1:3-8)。
序列比对或重叠群也可被用于发现本文所列特异性标记上游或下游的序列。然后,靠近本文所述的标记的这些新的序列被用于发现和开发功能上等同的标记。例如,比对不同的物理和/或遗传图谱,以定位本公开中没有描述但位于相似区域内的等同的标记。这些图谱可以是在玉米物种中,或者甚至可跨越已在遗传上或物理上与玉米比对的其他物种,例如水稻、小麦、大麦或高粱。
一般来讲,MAS使用已经被鉴定为具有与诸如谷物水分的性状共分离的显著可能性的多态性标记。此类标记被推测定位在赋予植物其谷物水分性状的一个或多个基因的附近,并且被认为是所期望的性状或标记的指示。针对所述标记处所期望的等位基因的存在测试植物,并且在一个或多个基因座包含所期望的基因型的植物被预期将所期望基因型与所期望的表型一起传至它们的子代。因此,通过检测一个或多个标记等位基因,能够选择具有降低的谷物水分的植物,此外,来源于这些植物的子代植物也能够被选择。如此,获得了在给定的染色体区域包含所期望的基因型(即,与降低的谷物水分相关联的基因型)的植物,然后将其与其他植物杂交。然后,将利用一个或多个标记评估此类杂交的子代,并且在给定的染色体区域具有相同基因型的子代植物随后将被选择为具有降低的谷物水分。
从连锁作图和相关性分析中将PHM标记鉴定为在坚秆综合群体中与谷物水分相关联。每一PHM标记的参考序列表示为SEQ ID NO:1-20,针对PHM标记基因座的引物表示为SEQ ID NO:21-100。对于PHM标记分析,能够使用针对每一PHM标记的外部和内部引物进行巢式PCR反应。在第一PCR反应中,使用0.90μL的10X PCR缓冲液、0.18μL的10mM dNTP混合物、0.27μL的50mM MgCl2、1.50μL的2.5μM外部正向引物、1.50μL的2.5μM外部反向引物、0.04μL的Platinum Taq、1.61μL的ddH2O、和3μL的1.5ng/μL DNA。热循环条件包括:95℃5分钟;94℃20秒,55℃30秒,和72℃2分钟,重复24个循环;72℃10分钟;以及保持在4℃。然后,用TE以1:9稀释从第一轮PCR产生的DNA,用于第二轮PCR中。除了使用内部引物对以及DNA是经稀释的来自第一轮PCR的DNA之外,用于第二轮PCR的反应混合物是相同的。用于第二轮PCR的热循环条件包括:95℃5分钟;94℃20秒,55℃30秒,和72℃2分钟,重复28个循环;72℃10分钟;以及保持在4℃。然后对PCR产物直接测序。
能够在一个或全部两个方向上对PCR产物测序,所得到的序列能够被比对并且能够鉴定多态性。多肽性不限于单核苷酸多态性(SNP),而是包括插入删除、CAP、SSR、和VNTR(可变数目串联重复)。
本文提供了所鉴定的与谷物水分相关联的PHM标记序列内的SNP,包括:PHM18206-5、PHM9929-8、PHM6726-10、PHM4910-5、PHM6667-11、PHM229-15、PHM6567-10、PHM5208-11、PHM15758-6、PHM14370-9、PHM3159-14、PHM17246-16、PHM4691-9、PHM10270-13、PHM4598-22、PHM14092-77、PHM18292-9、PHM3507-13、PHM3004-13、和PHM14122-22。标记名称以代表“先锋Hi-Bred标记(Pioneer Hi-BredMarker)”的前缀PHM开始,然后是从其设计的序列特异性的数字,然后是“.”或“-”,然后是DNA多态性特异性的数字后缀。
表8和9分别列出了在玉米植物中能够在标记辅助选择中被用于鉴定和选择位于QTL9-1和QTL9-2的有利的QTL等位基因(与降低的谷物水分相关联的等位基因)的SNP标记和对应的有利的等位基因。所述玉米植物可以是坚秆综合群体中的近交系,或者可来源于坚秆综合群体中的近交系。
所述SNP标记能够单独地或以组合方式(即,SNP单倍型)被用于选择与降低的谷物水分相关联的有利的QTL等位基因。例如,位于QTL9-1的SNP单倍型能够包括:PHM9929-8处的“T”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,和PHM17246-16处的“T”,或它们的任何组合。而位于QTL9-2的SNP单倍型能够包括:PHM10270-13处的“C”,在PHM4598-22处的“C”,在PHM14092-77处的“C”,在PHM18292-9处的“A”,在PHM3507-13处的“G”或“A”,在PHM3004-13处的“G”,和在PHM14122-22处的“G”,或它们的任何组合。
技术人员将预期在本文鉴定的9号染色体标记内和它们周围的标记基因座可能存在附加的多态性位点,其中一个或多个多态性位点处于与所述单倍型中的一个或多个多态性位点处的等位基因的连锁不平衡(LD)中,并从而能够被用于标记辅助选择程序中,以使所关注的QTL等位基因种质渗入。不同的多态性位点处的两个特定等位基因,如果在所述位点之一的等位基因的存在倾向于预测在相同染色体上的另一位点的等位基因的存在,则所述两个特定等位基因被称为是处于LD中(Stevens,Mol.Diag.4:309-17(1999))。标记基因座能够位于谷物水分QTL的5cM、2cM、或1cM内。
技术人员将懂得,等位基因频率(以及因此的单倍型频率)能够在一个种植库与另一个之间是不同的。种质库由于成熟差异、杂种优势群划分、地理分布等而改变。因此,SNP和其他多态性在一些种质库中可能是不能提供信息的。
植物组成
通过任何上文所述的方法鉴定和/或选择的玉米植物也是所关注的。这包括在其基因组中在QTL9-1具有由下列组成的单倍型和与在其基因组中不具有所述单倍型的玉米植物相比表现出降低的谷物水分的任何来自物种玉蜀黍(Zea mays)的植物:PHM9929-8处的“T”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”。这还包括在其基因组中在QTL9-2具有由下列组成的单倍型的任何玉米植物:PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,或PHM14122-22处的“G”;以及与在其基因组中不具有所述单倍型的玉米植物相比表现出降低的谷物水分和不降低的产量的玉米植物。所述玉米植物可以是坚秆综合群体中的近交系,或者可以是来源于坚秆综合群体的子代植物。
转基因
通过本公开鉴定的优选的单倍型和QTL可作为候选基因被进一步用于包括在表达构建体内(即,转基因)。通过将作为所关注的单倍型或QTL的基础的核酸可操作地连接至在植物中功能性的启动子,能够在植物细胞中表达所述核酸。作为所关注的单倍型或QTL的基础的核酸可通过双链RNA介导的基因抑制(也称为RNA干扰(“RNAi”),这包括通过小干扰RNA(“siRNA”)、反式作用小干扰RNA(“ta-siRNA”)、或microRNA(“miRNA”)介导的抑制)使它们的表达被改变。
以使得针对性状的核酸分子被转录为被翻译并表达为蛋白质产物的功能性mRNA的方式,组装构建体并将它们引入细胞的方法是本领域中已知的。
种子处理
为了保护和增强产量和性状技术,种子处理选项能够提供附加的耕种计划灵活性和对昆虫、杂草和疾病的高成本效益的控制,从而进一步强化本文所述的发明。能够用包含化学或生物除草剂、除草剂安全剂、杀虫剂、杀真菌剂、发芽抑制剂和增强剂、营养物质、植物生长调节剂和激活剂、杀菌剂、杀线虫剂和/或杀软体动物剂的组合的组合物处理种子材料,通常为表面处理。这些化合物通常与制剂领域通常采用的另外的载体、表面活性剂或应用促进性佐剂一起被配制。可通过用液体制剂浸渍繁殖材料或通过用混合的湿的或干燥的制剂涂覆应用涂层。下列文献中提供了可用作种子处理剂的多种类型的化合物的例子:The Pesticide Manual:A WorldCompendium,C.D.S.Tomlin编辑,the British Crop Production Council出版,该文献以引用方式并入本文。
可用于作物种子的一些种子处理剂包括但不限于一种或多种脱落酸、阿拉酸式苯-S-甲基、阿维菌素、氨基三唑、阿扎康唑、固氮螺菌属、印苦楝子素、嘧菌酯、芽孢杆菌属物种(包括一种或多种蜡样芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和/或苏云金芽孢杆菌)、慢生根瘤菌属物种(包括一种或多种甜菜慢生根瘤菌、加那利慢生根瘤菌、埃氏慢生根瘤菌、西表岛慢生根瘤菌、大豆慢生根瘤菌、辽宁慢生根瘤菌、地瓜慢生根瘤菌和/或圆明慢生根瘤菌)、克菌丹、萎锈灵、脱乙酰壳多糖、可尼丁、铜、氰虫酰胺、恶醚唑、土菌灵、氟虫腈、咯菌腈、氟喹唑、解草安、氟草肟、超敏蛋白、抑霉唑、吡虫啉、种菌唑、异黄酮类、脂质几丁寡糖、代森锰锌、锰、代森锰、精甲霜灵、甲霜灵、叶菌唑、PCNB、戊苯吡菌胺、青霉属、吡噻菌胺、氯菊酯、啶氧菌酯、丙硫菌唑、唑菌胺酯、氯虫苯甲酰胺、精-异丙甲草胺、皂草苷、环苯吡菌胺、TCMTB、戊唑醇、噻苯咪唑、噻虫嗪、硫双威、二硫四甲秋兰姆、甲基立枯磷、三唑醇、木霉属、肟菌酯、灭菌唑和/或锌。PCNB种子涂层是指EPA注册号00293500419,包含五氯硝基苯和氯唑灵。TCMTB是指2-(硫氰酸基甲硫基)苯并噻唑。
具有特定转基因性状的种子品种和种子可以被测试,以确定哪些种子处理选项和施用量可适合此类品种和转基因性状以提高产量。例如,具有良好的产量潜能但是为丝黑穗病易感的品种可受益于提供对丝黑穗病的防护的种子处理的使用,具有良好的产量潜能但是为胞囊线虫易感的品种可受益于提供对胞囊线虫的防护的种子处理的使用,诸如此类。同样,具有赋予抗虫性的转基因性状的品种可受益于由种子处理赋予的第二作用模式,具有赋予抗除草剂性的转基因性状的品种可受益于用使植物对该除草剂的抗性增强的安全剂的种子处理,等等。另外,由种子处理的正确使用造成的良好的根系建成和早出苗,可导致包含特定性状的一个或多个品种在结合种子处理时更有效的氮利用、更好的耐受干旱的能力和产量潜能的总体提高。
实例
提供了下列实例以显示而非限制受权利要求书保护的本发明。应当理解,本文所述的实例和实施例是仅出于例证性的目的,并且本领域的技术人员将认识到能够被改变而不脱离本发明的精神或所附权利要求的范围的各种试剂或参数。
实例1
玉米坚秆综合群体中9号染色体上谷物水分QTL的作图
育种群体中的观察结果
通过将高值的近交系在杂种优势群内部杂交生成了育种群体,目的是产生下一代的新的改善的优良近交系。在多个地点针对育种人员所关注的农学性状测试了所述群体。当对相同群体进行了标记分型时,使用诸如回归或最大似然率的方法能够对QTL进行作图。
经过几年(2003-2008),对育种群体收集了表型和标记数据,得到了9号染色体上60至100cM(距离是基于单一减数分裂图谱)区域内强的遗传信号的观察结果。该信号在坚秆综合(SSS)玉米群体中将水分与其他农学性状相关联,具体地,在美国中部成熟期。所述强的信号确保了通过特别地针对该区域内QTL的更详细的(或者说“精细”)作图开发的群体进行进一步研究。
用于精细作图的群体开发
从近交系PHCA5和近交系PH705之间的杂交,以及将所得到的F1子代再次与PH705杂交,建立了双亲的回交来源的坚秆综合(SSS)群体。随后进行了又一轮的与PH705的回交,产生了BC2品系,然后使其自交若干代,在每一代进行单穗选择。在BC2F3阶段,用被设计用于检测9号染色体上57.5cM至97.5cM区域内发生的重组的9个SNP标记对1700个品系进行了基因分型。这9个SNP标记是PHM10028-12、PHM18206-5、PHM9929-8、PHM6726-10、PHM4910-5、PHM741-38、PHM6289-369、PHM13089-15和PHM10270-13,并且描述于表3中。这些标记被设计为与Third Wave Technologies(Madison,Wisconsin,USA)专有的Invader试剂一起使用。在靶区域内包含重组的BC2F3品系被进一步选择用于自交。在所述区域内非重组的一些附加的品系也被选择作为对照。将所得到的BC2F4品系与近交系PHCND杂交。PHCND被分类为非坚秆(NSS)杂种优势群的成员;如此,坚秆BC2F4品系与PHCND的杂交产生了杂种(或者说测交杂种),对其能够评估谷物水分。在杂交过程中,SNP标记被用于选择具有稳定纯合的重组的各个BC2F4植物,在与PHCND杂交之后,仅来自纯合的重组体植物的穗被收获,产生了336个BC2F4品系。上述种子形成了2009年大田实验的基础。
使BC2F4品系自交,产生了220BC2F5品系,使其进一步与非坚秆近交系PHVAM杂交,以产生用于在2010年的实验中评估的测交杂种材料。
2009年大田评估
在2009年,针对谷物水分和产量评估了上述336个测交项目(产生自BC2F4PHCA5×PH705重组体与PHCND的杂交)。这些项目被种植在由将被合并收获的两行试验区组成的四个产量测试地点。两个地点在Princeton,IL;一个在Marion,IA;一个在Windfall,IN。作为每一实验内的对照,20%的项目在每一地点被重复(实验设计描述于:Williams等人2011.Biometrical Journal 1:19-27)。在上述4个地点中的每一个,还加入了亲本测交项目的六个重复作为对照;亲本测交项目包括与PHCND杂交以产生杂交体材料的亲本近交系PH705和PHCA5。以蒲式耳/英亩测量了产量,并在收获时使用经校准的电子湿度测量仪测量了谷物水分。
2010年大田评估
在2010年,在四个产量测试地点就产量和谷物水分对通过使PHCA5×PH705BC2F5群体与PHVAM杂交产生的杂交体测交材料进行了评估:两个在Windfall,IN,两个在Princeton,IL。一系列的144个重叠的BC2F5测交项目被选择种植在每一地点,并且在每一地点大约20%的所选择的项目被重复,作为农学对照。还加入了亲本测交项目的十一个重复作为对照,其包括与PHVAM杂交以产生杂交体材料的亲本近交系PH705和PHCA5。以蒲式耳/英亩测量了产量,并在收获时使用经校准的电子湿度测量仪测量了谷物水分。
基于2009年和2010年数据的QTL分析
将空间混合线性模型(Gilmour(1997)Journal of Agricultural,Biologicaland Environmental Statistics 2:269-293;Cullis(2006)Journal of Agricultural,Biological and Environmental Statistics 11:381)对大田数据进行了拟合,作为用于似然比检验(LRT)的基本模型。该模型符合地点的固定影响、穗的组的随机效应、穗的组内的项目的随机效应、地点与这两种随机效应的相互作用、在每一地点行和列的随机效应、在每一地点的一阶可分离自回归过程(AR1×AR1)(Gogel(1997)Spatial Analysis ofmulti-environment varietytrials;Cullis等人(1998)Biometrics 54:1-18)。表3和4中所列的标记被用于作图。每个标记被一次一个地添加至上述基本模型,计算了LRT统计数值并将其对所测试的标记的cM位置作图(图1)。在13.81的LRT阈值,QTL被认为是显著的;相当于LOD为3。
针对谷物水分和产量在9号染色体上71.7和79.0cM之间鉴定了显著的QTL(9号染色体上位置1的QTL,或QTL 9-1)。QTL9-1的位置范围是基于99%的置信区间(CI),通过基于LRT近似估算QTL分布的方法LRT(Li,H.(2011)Journal of Genetics 90(2):355-360)对每一年的数据计算的(表5)。在2009年和2010年鉴定了几乎相同的QTL位置,对于谷物水分和产量QTL,最可能的位置在2009年均位于75.8cM,而在2010年对于水分和产量分别在77.3和76.2cM(表5)。在9号染色体上93.4-97.8cM区域内的针对水分的第二个较小的QTL(QTL 9-2)也是明显的,最可能的位置位于97.5cM与两年的数据均符合(表5)。在该染色体位置没有发现针对产量的显著的QTL。
表5:QTL位置和置信区间
空间混合线性基本模型加上两个最可能的QTL位置和所述位置之间的相互作用被分别针对两年的数据进行拟合,以评估这些QTL位置对谷物水分和产量的效应。对于QTL9-1和QTL9-2的全部组合,从上述模型预测了最佳线性无偏预测(BLUP)。在QTL 9-1,当控制QTL 9-2在93-98cM区域时,在两年的测试中PHCA5等位基因始终导致谷粒水分平均的降低(表6和7)。在相同区域内还存在相关的产量的降低(表6和7)。当控制QTL9-1时,在QTL 9-2的效应显示就该QTL而言,PH705等位基因降低了水分水平但对产量没有统计上显著的影响(表6和7)。
因此,水分的最大减少能够通过在QTL9-1的PHCA5(称为“B”)等位基因和在QTL9-2的PH705(称为“A”)等位基因的选择实现(表6和7)。来自单一减数分裂图谱上72-79cM的QTL9-1区域大约相当于IBM2 2008图谱上的区域200.4-230.6cM,而来自单一减数分裂图谱上93-98cM的QTL9-2域大约相当于IBM22008图谱上的317-323cM。
表6:基于在2009年和2010年检测的两个QTL的等位基因组合,对
于水分和产量的表型BLUP。AA=PH705纯合等位基因,BB=PHCA5纯
合等位基因。QTL位置显示在表5中。
表7:当控制在另一QTL的等位基因时,归因于在每一QTL的PH705
的表型BLUP的平均差异。QTL位置显示在表5中。
*无显著效应
实例2
用于谷物水分的标记辅助选择的9号染色体单倍型的鉴定
为了鉴定与降低的谷物水分相关联的有利的单倍型,基于在水分QTL的区域内的SNP等位基因,将PHCA5和PH705与491个坚秆综合近交系的组进行了比较,包括先锋优良近交系和关键奠基者以及公开品系。鉴定了能够在PHCA5中被用于在73和78cM之间选择针对水分的有利的QTL等位基因,并且显示出在家系间稳定的等位基因遗传的一组9个SNP(表8)。鉴定了能够在PH705中被用于在93和98cM之间选择针对水分的有利的QTL等位基因,并且显示出在家系间稳定的等位基因遗传的一组7个SNP(表9)。
这些SNP等位基因能够单独地或组合地被用于在玉米坚秆综合群体中选择降低的水分。表8和9中显示的PHM标记的参考序列显示为SEQ IDNO:1-20,针对表8和9中显示的PHM标记的引物显示为SEQ ID NO:21-100。
实例3
关联分析
采用了关联作图策略来鉴定玉米中与MST(谷物水分)相关联的标记。关联分析利用了直接从玉米近交系获得的SNP基因型数据和通过对所述近交系与多个测试者的测交的分析获得的针对谷物水分的育种分值。
采用标准的关联作图方法,进行了基于结构的关联分析,其中利用标记数据控制了群体结构。由Pritchard等人开发的基于模型的聚类分析软件Structure(Genetics 155:945-959(2000))被用于用单倍型数据估计混合系数和将近交系分配至亚群。结构分析得到了五个亚群。然后用于测试两种分布是否相同的柯伊伯统计量被用于针对在给定亚群中单倍型和表型之间的相关性测试给定标记(Press等人,Numerical Recipes in C,第二版,CambridgeUniversity Press,NY(2002))。
在坚秆亚群中鉴定到9号染色体上显著的标记-性状相关性的两个峰(图2),与实例1中描述的QTL 9-1和QTL 9-2区间重叠。与谷物水分具有最显著的相关性的9号染色体上74至79cM(基于单一减数分裂图谱)区域内的标记是PHM229-15、PHM6567-10、和PHM4691-9。对于第二个区域(QTL 9-2),标记PHM3507-13和PHM3004-13具有与谷物水分表型最显著的相关性。
表10提供了基于关联分析,最显著地与茎机械强度相关联的9号染色体标记的列表。水分的降低与QTL9-1区域内PHM4691-9处的“T”、PHM6567-10处的“T”、和PHM229-15处的“C”以及QTL 9-2区域内PHM3507-13处的“A”和PHM3004-13处的“G”相关联。每一标记参考序列的SEQ ID NO:显示在表10中。针对这些标记序列的引物表示为SEQID NO:33-36(PHM229)、25-28(PHM6567)、29-32(PHM4691)、77-80(PHM3507)、和85-88(PHM3004)。
表10:在坚秆群体中与谷物水分相关联的标记(使用关联分析鉴定)
标记 | 参考序列 | SNP标识符 | P值 | 9号染色体位置 |
PHM229 | SEQ ID NO:4 | PHM229-15 | 6.579E-25 | 74.0 |
PHM6567 | SEQ ID NO:2 | PHM6567-10 | 2.661E-27 | 75.2 |
PHM4691 | SEQ ID NO:3 | PHM4691-9 | 1.19E-24 | 75.3 |
PHM3507 | SEQ ID NO:15 | PHM3507-13 | 1.358E-22 | 94.6 |
PHM3004 | SEQ ID NO:17 | PHM3004-13 | 1.623E-30 | 94.7 |
实例4
在QTL9-1的标记辅助选择
通过与轮回亲本的反复回交,同时通过标记辅助选择保持供体亲本的等位基因,能够实现降低的谷物水分QTL等位基因的种质渗入。上述回交过程能够在品系开发的任何阶段实施,并且能够结合针对所关注的一种或多种性状(包括转基因的和非转基因的性状)的优异农学特性的育种发生。
通过将QTL9-1区域从PHWRW(供体亲本,具有PHCA5等位基因)回交至PH134R、PHR1J、和PHCPR(RP=轮回亲本,不具有PHCA5等位基因),构建了BC2-F3(回交)群体。用于对包含QTL9-1的区域基因分型的标记是PHM14165-17、PHM15960-14、PHM5208-11(参见表8)、PHM8438-6、PHM9867-22、和PHM14523-8(标记信息参见表11)。使BC2品系自交两次,并利用标记选择就QTL9-1PHWRW单倍型而言纯合的品系和就PH134R、PHR1J、和PHCPR单倍型而言纯合的品系。将这些品系与测试者PH1C1S1顶交,以产生用于评估的杂交体种子。
通过在杂交体产量实验中将具有所述QTL的顶交的BC2-F3品系的谷物水分和产量与不具有所述QTL的品系进行比较,评估了QTL9-1单倍型的效应。杂交体项目被种植在五个地点,分析了来自水分和产量的空间线性混合模型的BLUPS数据。关于谷物水分和产量的杂交体数据显示在表12中。使用PHM5208-11确定了所述项目的供体亲本或轮回亲本的基因型。所显示的p值是相对于产量(YLD)或谷物水分(MST)的单倍型之间差异的p值。
表11:用于对包含QTL9-1的区域基因分型的标记
表12:顶交实验的产量和水分表型。
具有PHWRW单倍型的品系具有比没有PHWRW单倍型的品系的谷物水分平均值小0.77-1.26的谷物水分平均值,但还显示量产的降低。关于谷物水分在单倍型之间的差异是统计上显著的;然而,关于谷物产量在单倍型之间的差异是不显著的。因此,利用标记辅助选择,通过选择在QTL9-1的有利的等位基因,谷物水分在不具有有利的等位基因的品系中是显著地较小的。
Claims (16)
1.一种鉴定具有降低的谷物水分的玉米植物的方法,所述方法包括:
a.在所述玉米植物中检测至少一种标记等位基因,其中:
i.所述标记位于9号染色体的区域内,并且所述区域是:
a)单一减数分裂图谱上的72-79cM;
b)IBM2图谱上的200.4-230.6cM;或
c)由PHM18206和PHM4910限定并包括PHM18206和PHM4910的染色体区间;并且
ii所述等位基因与降低的谷物水分相关联;以及
b.选择具有与降低的谷物水分相关联的至少一种标记等位基因的所述玉米植物;
其中所述玉米植物是坚秆综合近交系或来源于其的子代植物。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述至少一种标记是PHM18206、PHM9929、PHM6726、PHM4910、PHM6667、PHM229、PHM6567、PHM5208、PHM15758、PHM14370、PHM3159、PHM17246、或PHM4691。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述至少一种标记检测SNP多态性。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述SNP多态性是PHM18206-5、PHM9929-8、PHM6726-10、PHM4910-5、PHM6667-11、PHM229-15、PHM6567-10、PHM5208-11、PHM15758-6、PHM14370-9、PHM3159-14、PHM17246-16、或PHM4691-9。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述至少一种等位基因是PHM18206-5处的“T”,PHM9929-8处的“T”,PHM6726-10处的“A”,PHM4910-5处的“G”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,PHM17246-16处的“T”,或PHM4691-9处的“T”。
6.一种鉴定具有降低的谷物水分的玉米植物的方法,所述方法包括:
a.在所述玉米植物中检测至少一种标记等位基因,其中:
i.所述标记位于9号染色体的区域内,并且所述区域是:
a)单一减数分裂图谱上的93-98cM;
b)IBM2图谱上的317-323cM;或
c)由PHM4598和PHM14092限定并包括PHM18206和PHM4910的染色体区间;并且
ii所述等位基因与降低的谷物水分相关联;以及
b.选择具有与降低的谷物水分相关联的至少一种标记等位基因的所述玉米植物;
其中所述玉米植物是坚秆综合近交系或来源于其的子代植物。
7.根据权利要求6所述的方法,其中所述至少一种标记是PHM10270、PHM4598、PHM14092、PHM18292、PHM3507、PHM3004、或PHM14122。
8.根据权利要求6所述的方法,其中所述至少一种标记检测SNP多态性。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述SNP多态性是PHM10270-13、PHM4598-22、PHM14092-77、PHM18292-9、PHM3507-13、PHM3004-13、或PHM14122-22。
10.根据权利要求6所述的方法,其中所述至少一种等位基因是PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,或PHM14122-22处的“G”。
11.一种玉米植物,所述玉米植物在其基因组中包含由下列组成的单倍型:PHM9929-8处的“T”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,和PHM17246-16处的“T”;与在基因组中不具有所述单倍型的玉米植物进行比较时,所述玉米植物表现出降低的谷物水分,其中所述玉米植物是坚秆综合近交系或来源于其的子代植物。
12.一种玉米植物,所述玉米植物在其基因组中包含由下列组成的单倍型:PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,和PHM14122-22处的“G”;与在基因组中不具有所述单倍型的玉米植物或子代植物进行比较时,所述玉米植物表现出降低的谷物水分,其中所述玉米植物是坚秆综合近交系或来源于其的子代植物。
13.一种使降低的谷物水分QTL等位基因种质渗入至玉米植物中的方法,所述方法包括:
a.筛选具有至少一种标记的群体,以确定来自所述群体的一个或多个玉米植物是否包含降低的谷物水分QTL等位基因,其中所述降低的谷物水分QTL等位基因包括PHM18206-5处的“T”,PHM9929-8处的“T”,PHM6726-10处的“A”,PHM4910-5处的“G”,PHM6667-11处的“T”,PHM229-15处的“C”,PHM6567-10处的“T”,PHM5208-11处的“T”,PHM15758-6处的“C”,PHM14370-9处的“G”,PHM3159-14处的“C”,PHM17246-16处的“T”,和PHM4691-9处的“T”;以及
b.从所述群体中选择至少一个包含与降低的谷物水分QTL等位基因相关联的所述标记的等位基因的玉米植物。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述标记中的至少一种位于PHM18206、PHM9929、PHM6726、PHM4910、PHM6667、PHM229、PHM6567、PHM5208、PHM15758、PHM14370、PHM3159、PHM17246、或PHM4691的5cM内。
15.一种使降低的谷物水分QTL等位基因种质渗入至玉米植物中的方法,所述方法包括:
a.筛选具有至少一种标记的群体,以确定来自所述群体的一个或多个玉米植物是否包含降低的谷物水分QTL等位基因,其中所述降低的谷物水分QTL等位基因包括PHM10270-13处的“C”,PHM4598-22处的“C”,PHM14092-77处的“C”,PHM18292-9处的“A”,PHM3507-13处的“G”或“A”,PHM3004-13处的“G”,和PHM14122-22处的“G”;以及
b.从所述群体中选择至少一个包含与降低的谷物水分QTL等位基因相关联的所述标记的等位基因的玉米植物。
16.根据权利要求16所述的方法,其中所述标记中的至少一种位于PHM10270、PHM4598、PHM14092、PHM18292、PHM3507、PHM3004、或PHM14122的5cM内。
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