调控玉米株高和穗位高候选基因Zmdle1的定位
2023-03-01分类号:S513
【部门】甘肃省农业科学院作物研究所 华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室
【摘要】【目的】株高是玉米株型育种的重要目标性状之一,不仅与玉米籽粒的机械化收获及抗倒伏相关,也与玉米产量密切相关。因此,挖掘玉米株高 QTL/基因并解析其功能具有重要的理论和育种价值,定位一个新的玉米矮秆基因 ZmDLE1,阐明其生物学功能,为加速改良玉米的株型提供重要的理论依据和基因资源。【方法】利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变甘肃省农业科学院作物研究所自育玉米骨干自交系 LY8405,M_2后代分离获得一个单基因调控隐性遗传的玉米矮秆低穗位突变体,M_3、M_4后代能稳定遗传,命名为 dwarf and low ear mutant1(Zmdle1),通过与 Mo17 杂交构建 F_2分离群体,借助极端性状混池测序分析法(BSA-seq)及目标区段重组交换鉴定的方法,基于 Mo17 参考基因组对目标区段内的基因进行挖掘和功能注释,定位候选基因。【结果】开展了 Zmdle1 表型鉴定,突变体 Zmdle1 苗期表型与对照 LY8405 无显著性差异,成熟期植株株高和穗位高较 LY8405 分别降低 87.2 和 55.4 cm,为 35.0%和 62.9%,差异极显著。细胞形态学观察表明,穗下节间数减少及节间细胞长度缩短是导致 Zmdle1 的株高和穗位高显著降低的主要原因。利用 F_(2:3)遗传群体,进行突变基因的遗传分析,后代野生型和突变体植株分离比例符合 3:1(χ~2=2.854),说明突变基因为细胞核遗传的单隐性基因。因此,根据 BSA-seq 结果,将候选基因 ZmDLE1 初步定位在玉米第 1 染色体 Bin1.09-1.10 区段约 15 Mb 区间内,进一步利用 Mo17 和Zmdle1 重测序结果开发多态性分子标记,通过图位克隆手段精细定位目标基因,最终将候选基因定位到约 600 kb 大小区间,该区间内有 16 个候选基因。比对重测序数据,发现 Zm00001d033231 在第 2062位置碱基 G 变成 A,导致氨基酸由甘氨酸变成丝氨酸,且转录水平表达比 LY8405 极显著降低,Zm00001d033234 第 223 位置碱基由 T变成C,导致第75位氨基酸由丝氨酸变成脯氨酸,转录水平无显著差异,通过对该候选区段群体关联分析及功能注释发现Zm00001d033231 和Zm00001d033234均与玉米生长发育相关。【结论】定位到第 1 染色体末端 Bin1.09区段候选基因 ZmDLE1,有效调控玉米株高和穗位高,精细定位缩小目标区段至600 kb区间内 Zm00001d033231 与株高显著关联。
【关键词】玉米 株高 穗位高 BSA-seq 基因定位 关联分析
【基金】国家自然科学基金(32160490);; 作物遗传改良全国重点实验室开放课题资助;; 甘肃省重大专项(21ZD11NA005,21ZD10NF003);; 甘肃省农业科学院生物育种专项共同资助(2022GAAS04)
【所属期刊栏目】中国农业科学
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