玉米產(chǎn)量性狀QTL定位與株型性狀相關(guān)基因克隆.pdf

1、高產(chǎn)是玉米育種的永恒主題和方向。我國玉米育種和生產(chǎn)實踐表明,選育和推廣抗耐高密度逆境的高產(chǎn)玉米雜交種,是實現(xiàn)玉米增產(chǎn)的重要途徑。健壯的根、莖、葉合理分布是玉米單株間競爭小、雌雄穗發(fā)育協(xié)調(diào)、結(jié)實性好的內(nèi)在機(jī)制。而緊湊株型建成是當(dāng)前群體大、結(jié)實好、耐密植玉米新品種單產(chǎn)增加的根本原因。玉米產(chǎn)量是其構(gòu)成因素出籽率、籽粒深度、百粒重等共同作用的結(jié)果,這些因素既是決定產(chǎn)量的重要性狀,也是玉米抗耐田間高密度群體逆境條件的重要指標(biāo)。因此,研究玉米產(chǎn)量構(gòu)

2、成因素及株型建成相關(guān)性狀的基因效應(yīng)、分子遺傳機(jī)理,對于定向遺傳改良和優(yōu)良基因聚合,制定玉米分子育種方案,以及抗耐高密度逆境的高產(chǎn)玉米新品種選育具有重要的理論和實踐意義。
　　 本研究以玉米緊湊型自交系豫82和平展型自交系沈137為材料,通過構(gòu)建F2:3家系群體對產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行QTL定位及效應(yīng)分析；利用同源克隆的方法分別克隆了調(diào)控水稻株型建成基因OsLIC及OsDwarf同源的玉米ZmLIC及ZmDwarf2基因；對玉米ZmLI

3、C及ZmDwarf2基因進(jìn)行了初步染色體定位以及功能推測；利用實時熒光定量PCR法研究了ZmLIC及ZmDwarf2基因的表達(dá)模式,分析了不同自交系不同發(fā)育時期各器官的表達(dá)情況,試圖明確ZmLIC及ZmDwarf2基因之間的表達(dá)關(guān)系；構(gòu)建了ZmLIC基因35S融合表達(dá)載體,并對ZmLIC基因進(jìn)行了亞細(xì)胞定位研究；構(gòu)建了ZmLIC基因的過量表達(dá)載體,通過農(nóng)桿菌浸染花序法轉(zhuǎn)化擬南芥,得到了轉(zhuǎn)基因一代植株。
　　 主要研究結(jié)果如下:<

4、br>　　 1.以豫82×沈137組配的229個F2單株為作圖群體,構(gòu)建了具有222個SSR標(biāo)記的遺傳連鎖圖譜,圖譜總長度為1864.7cM,兩標(biāo)記間平均距離為8.40cM。采用復(fù)合區(qū)間作圖法,對3個環(huán)境下F2:3家系產(chǎn)量相關(guān)性狀表型值的均值進(jìn)行了QTL定位分析,共檢測到15個QTL；其中,控制出籽率、籽粒深度、百粒重的QTL分別為3個、3個和4個,它們的聯(lián)合貢獻(xiàn)率分別為35.5％、28.1％和39.0％。尤其是位于第1染色體上介于標(biāo)

5、記為umc1335與umc2236之間控制出籽率的QTLqSP1b和介于標(biāo)記umc1508與umc2235之間控制籽粒深度的QTL qKD1,分別解釋18.9％和9.2％的表型變異,第9染色體上控制百粒重的qKW9b具有較大的貢獻(xiàn)率和效應(yīng)值。
　　 2.利用同源克隆等方法,首次成功克隆了玉米ZmLIC基因,GeneBank登錄號為HQ619957,該基因cDNA序列全長1387bp,開放閱讀框1206bp可編碼401個氨基酸。B

6、LAST分析發(fā)現(xiàn),ZmLIC與水稻OsLIC位于同一進(jìn)化分枝,其親緣關(guān)系最近,同源性達(dá)74％；蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測顯示其蛋白含有OsLIC典型的CCCH-型鋅指蛋白結(jié)合域,表明ZmLIC基因是OsLIC的同源基因。
　　 3.熒光定量PCR研究表明,豫82、沈137中ZmLIC基因表達(dá)趨勢基本一致,為3—5葉期表達(dá)量低,6—12葉期處于表達(dá)高峰,13葉期后表達(dá)量又漸下調(diào)。其中,就不同器官而言,豫82、沈137葉枕處,基因ZmLIC表達(dá)量

7、相對最低,其次為葉鞘。就不同自交系而言,除葉片以外的其它器官中,豫82的表達(dá)量較沈137高。
　　 4.成功構(gòu)建了玉米ZmLIC基因的35S融合表達(dá)載體并通過基因槍轟擊,使其在洋蔥表皮瞬時表達(dá),結(jié)果表明,ZmLIC基因具有質(zhì)、核定位功能；構(gòu)建了過量表達(dá)載體1391-Shen137-ZmLIC,且將該基因轉(zhuǎn)入野生型擬南芥,對陽性候選轉(zhuǎn)基因的PCR鑒定表明,已經(jīng)成功將該基因轉(zhuǎn)入擬南芥。
　　 5.利用同源克隆等方法,首次成功

8、克隆了玉米ZmDwarf2基因,GeneBank登錄號為HQ619956,該基因cDNA序列全長1501bp,開放閱讀框1398bp可編碼465個氨基酸。BLAST分析發(fā)現(xiàn),ZmDwarf2與水稻OsDwarf位于同一進(jìn)化分枝,其親緣關(guān)系最近,同源性達(dá)84％;蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測顯示其蛋白含有OsDwarf典型的細(xì)胞色素P450加氧蛋白結(jié)合域,表明ZmDwarf2基因是OsDwarf的同源基因。
　　 6.實時熒光定量PCR研究表明,豫

9、82、沈137中ZmDwarf2基因表達(dá)趨勢基本一致,為3—4葉期表達(dá)量低,8-12葉期處于表達(dá)高峰,13葉期后表達(dá)量漸降。其中,就不同器官來說,豫82、沈137葉枕處,基因ZmDwarf2表達(dá)量相對最高,而葉鞘處,基因ZmDwarf2表達(dá)相對最低。就不同自交系而言,沈137在葉片、葉枕、葉鞘、莖尖等器官中表達(dá)量較豫82高。
　　 7.兩基因間的表達(dá)關(guān)系研究表明,豫82各器官中基因ZmLIC表達(dá)量總體較基因ZmDwarf2高,而