玉米小粒突变体ks的表型分析和基因定位
发布时间：2020-05-26 20:21
【摘要】：玉米(Zea mays L.)是食品和饲料的主要来源之一,还是重要的工业原料。提高玉米产量是玉米科研工作中最重要的主题之一,玉米籽粒大小是决定其产量的关键因素之一,研究调控籽粒大小的分子机制并能精确找出控制籽粒大小的基因,具有重要的理论意义和潜在的应用价值,对提高玉米产量起着非常关键的作用。本研究所使用的突变体是从育种中间材料中发现的一个玉米籽粒自然突变体ks(kernel small),突变体籽粒的体积小于其对应野生型籽粒,其它生长发育阶段表现均无异常。遗传分析表明,该性状符合3:1的孟德尔遗传分离比例,证明该突变体性状受一对隐性单基因控制。本研究拟利用已有的玉米籽粒变小的稳定突变体材料,对其进行表型分析和淀粉合成酶活性测定;利用两个遗传分离群体(突变体ks/B73和突变体ks/昌7-2的F_2代群体),通过连锁遗传分析,利用SSR分子标记,对调控籽粒大小的目的基因进行定位,为玉米产量的遗传改良提供新的思路,为分子育种提供基因元件。研究结果如下:1.突变体表型和生理生化分析突变体籽粒中蛋白质含量高于野生型,淀粉含量略低于野生型。扫描电镜结果显示,与野生型相比,突变体籽粒中淀粉粒体积变小且结构紧密。突变体玉米种子胚重比明显小于野生型玉米,而发芽率和发芽势没有明显差异。在玉米籽粒发育过程中,淀粉合成相关酶活性测定结果表明,突变体中UGPase和AGPase活性明显低于野生型玉米,而GBSS活性在授粉后15天时明显高于野生型玉米,暗示着突变基因可能影响了淀粉合成途径中这三个关键酶的活性,进而影响淀粉的合成,从而导致籽粒成分和结构出现相应的变化。2.突变基因的定位定位过程中共利用有效SSR分子标记56对,初步作图分析表明,籽粒大小相关的突变基因位于玉米第五条染色体的着丝粒附近,位于SSR分子标记GY86和GY87之间,与标记GY87紧密连锁,遗传距离为4.2cM;与GY86相距较远,遗传距离为7.4cM。后扩大定位群体,设计SSR引物20对、Indel引物20对,将目的基因定位在87214与GY87-3之间的10Mb区间里。
【图文】：
（Zea mays L. ssp. parviglumis or mexicana）有很大不同。育种者们通过世世代代的对玉米的品质不断向人们期待的方向进行改良，使其逐渐演化成现在的数百种品种世界各地大面积种植（Johnson，2000）。玉米生产主要集中在美国、中国、巴西、墨西哥、阿根廷、法国等国家，根据来合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Orgnization of the United Nations）的数05-2010年世界平均年产玉米7.71亿吨，美国、中国平均年产3.04亿吨和1.55亿吨，占世界总产量的39.4%和20.1%。作为仅次于美国的第二大玉米生产国，我国自1以来年产量有所波动但总体上升，至2009年年产量达到了1.64亿吨。根据世界农业，到2018/2019年度世界玉米供应量预计为12.63亿吨，消费量预计为11.06亿吨，产计为10.69亿吨，贸易量预计为1.62亿吨，分别较2017/2018年度估算值增加168万吨80万吨，3536万吨和1554万吨，其中2018/2019年度世界玉米期末库存量预计为1.5，较2017/2018年度估算值减少3712万吨，库存量减少19.12%（图1）。
图 2 各类基因控制拟南芥种子大小的模型Fig.2 Model of Seed Size Control in Arabidopsis.注：种子大小的决定包括受 IKU 类基因和 ABI5、ABA2 基因对胚乳生长的合子控制和 TTG2 基因对珠被细胞伸长的母本控制。这两个途径通过交叉联系（双向箭头）相整合以决定种子的最终大小。在珠被细胞增殖的早期珠被细胞的数目受到调控。然而，珠被细胞的伸长互补了细胞数目（短箭头）的改变以适应胚乳的大小，珠被细胞增殖对种子的大小没有明显的影响。相互杂交实验证明 AP2 以独立于 IKU 途径的方式通过母本效应和胚乳控制着种子大小。IKU1 和 IKU2 是胚乳细胞化时期表达量升高的两个关键基因（Garcia et al.，2003）。其中 IKU2 基因和 MINI3 基因的突变体已经被证实可以单独调控产生较小种子，其表型与IKU1 基因突变之后的表型相似。MINI3（MINISEED3）编码 WRKY10，是 WRKY 蛋白家族中的成员。MINI3 基因在授粉之后被激活表达，在发育初期的胚中与 IKU 的启动子结合，，共同调控胚乳细胞化的过程（Luo et al.，2005；Kang et al.，2013；Xiao et al.，2016）。IKU2 能够编码一种亮氨酸受体激酶，仅在种子的胚乳中表现出很高的表达量。这个研究结果为该途径可以调控种子大小提供了最有力的证据，即 IKU2 基因只会通过控制胚乳的增殖过程来影响种子的大小（Luo et al.，2005）。研究人员用野生型当作父
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S513
本文编号：2682359
【图文】：
（Zea mays L. ssp. parviglumis or mexicana）有很大不同。育种者们通过世世代代的对玉米的品质不断向人们期待的方向进行改良，使其逐渐演化成现在的数百种品种世界各地大面积种植（Johnson，2000）。玉米生产主要集中在美国、中国、巴西、墨西哥、阿根廷、法国等国家，根据来合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Orgnization of the United Nations）的数05-2010年世界平均年产玉米7.71亿吨，美国、中国平均年产3.04亿吨和1.55亿吨，占世界总产量的39.4%和20.1%。作为仅次于美国的第二大玉米生产国，我国自1以来年产量有所波动但总体上升，至2009年年产量达到了1.64亿吨。根据世界农业，到2018/2019年度世界玉米供应量预计为12.63亿吨，消费量预计为11.06亿吨，产计为10.69亿吨，贸易量预计为1.62亿吨，分别较2017/2018年度估算值增加168万吨80万吨，3536万吨和1554万吨，其中2018/2019年度世界玉米期末库存量预计为1.5，较2017/2018年度估算值减少3712万吨，库存量减少19.12%（图1）。
图 2 各类基因控制拟南芥种子大小的模型Fig.2 Model of Seed Size Control in Arabidopsis.注：种子大小的决定包括受 IKU 类基因和 ABI5、ABA2 基因对胚乳生长的合子控制和 TTG2 基因对珠被细胞伸长的母本控制。这两个途径通过交叉联系（双向箭头）相整合以决定种子的最终大小。在珠被细胞增殖的早期珠被细胞的数目受到调控。然而，珠被细胞的伸长互补了细胞数目（短箭头）的改变以适应胚乳的大小，珠被细胞增殖对种子的大小没有明显的影响。相互杂交实验证明 AP2 以独立于 IKU 途径的方式通过母本效应和胚乳控制着种子大小。IKU1 和 IKU2 是胚乳细胞化时期表达量升高的两个关键基因（Garcia et al.，2003）。其中 IKU2 基因和 MINI3 基因的突变体已经被证实可以单独调控产生较小种子，其表型与IKU1 基因突变之后的表型相似。MINI3（MINISEED3）编码 WRKY10，是 WRKY 蛋白家族中的成员。MINI3 基因在授粉之后被激活表达，在发育初期的胚中与 IKU 的启动子结合，，共同调控胚乳细胞化的过程（Luo et al.，2005；Kang et al.，2013；Xiao et al.，2016）。IKU2 能够编码一种亮氨酸受体激酶，仅在种子的胚乳中表现出很高的表达量。这个研究结果为该途径可以调控种子大小提供了最有力的证据，即 IKU2 基因只会通过控制胚乳的增殖过程来影响种子的大小（Luo et al.，2005）。研究人员用野生型当作父
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S513
【参考文献】
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1 朱伟;陈小平;梁炫强;;种子大小发育的基因调控研究进展[J];中国油料作物学报;2012年04期
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5 沈法富,刘风珍,于元杰;分子标记在植物遗传育种中的应用[J];山东农业大学学报;1997年01期
本文编号：2682359
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