调控玉米株高和穗位高候选基因Zmdle1的定位

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,M2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,M3、M4后代能稳定遗传,命名为dwarf and low ear mutant1(Zmd1e1),通过与Mo17杂交构建F2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Zmd1e1表型鉴定,突变体Zmd1e1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Zmd1e1的株高和穗位高显著降低的主要原因.利用F2∶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(x2=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Zmd1e1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2 062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

所属期刊栏目：56

分类号：S513;Q943;S143.1

资助基金：国家自然科学基金;作物遗传改良全国重点实验室开放课题;甘肃省重大专项;甘肃省重大专项;甘肃省农业科学院生物育种专项

在线出版日期：2023-03-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共17页

页码：821-837