玉米(Zea mays L.)作为主要的粮食作物,是广泛应用于农业、食品、饲料、能源等诸多领域的重要资源。随着生命科学向后基因组学时代的转向,玉米科学已开始跨入旨在揭示功能基因表达及其性状调控机制的功能基因组研究,玉米育种目标也在趋向多样化。玉米基因组(http://www.maizegdb.org)包含约3.2万个基因,其中绝大多数是关于玉米性状表达的功能基因。玉米突变体的开发利用促进了部分基因的鉴定和功能解析,但多数玉米基因的生物学功能依然未知。导致该状况的一个主要原因是诱变效率低下所致的基因突变材料的不足。近来,本实验室确立了玉米花粉生殖细胞的N-甲基-N-亚硝基脲(N-methyl-N-nitrosourea,MNU)诱变技术。与玉米EMS诱变相比,该诱变技术具有显著提高的广谱基因突变诱发效率,可为玉米功能基因组与育种研究所需的各种突变材料的规模化开发提供高效的技术支撑。玉米种子性状作为决定玉米籽粒产量与品质以及玉米源产品价值的基本因素,在玉米遗传育种研究中得到了长期的关注。截止目前,登记在玉米遗传与基因组数据库中已鉴定的调控关于玉米籽粒性状表达的基因的数目约为400个。为了向调控玉米籽粒性状表达的未知基因的鉴定与玉米新品种培育提供多样的基因突变材料,本研究通过对野生型玉米自交系(A378)花粉生殖细胞MNU处理所得的346份M_2籽粒及其后代群体的筛查,获得并表征了41份纯合基因型籽粒性状突变体,将其命名为ZMKM系列。与A378相比,ZMKM系列突变体呈现籽粒性状与胚乳淀粉性质的多样变化,且兼具秆型、叶型或者穗型性状的改变。ZMKM1、ZMKM2为皱缩胚乳突变体,呈现胚乳凹陷、不透明、无光泽性状。ZMKM3-ZMKM5为糯质胚乳突变体,呈现胚乳乳白色、种皮黄色与凹陷胚部性状。ZMKM6-ZMKM9为白色胚乳突变体,显示白色胚乳与基部粉质的性状。ZMKM10-ZMKM18显示胚乳异常黄色性状,其中ZMKM10和ZMKM11兼具胚乳基部凹陷特征,ZMKM12兼具籽粒方形特征,ZMKM15和ZMKM16兼具籽粒圆形特征。ZMKM19-ZMKM24是胚突变体,其中ZMKM19-ZMKM21与ZMKM22-ZMKM24分别显示胚部的皱纹与凹陷特征。ZMKM25-ZMKM37是种皮突变体,其中ZMKM25-ZMKM33与ZMKM34-ZMKM37分别呈现种皮条纹与均色变化特征。ZMKM38-ZMKM41为小粒突变体,兼具基部凹陷与异常黄色沉积特征,其中大多显示籽粒圆形性状。为了探究各类籽粒突变体胚乳成分的品质性状,进一步解析了6份代表性突变体(ZMKM1、ZMKM5、ZMKM34、ZMKM8、ZMKM17、ZMKM32)的胚乳淀粉性质。与A378相比,ZMKM1作为皱缩胚乳突变体显著减少了直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量,呈现淀粉颗粒圆形化和密度增大的特征;ZMKM5和ZMKM34分别作为糯质胚乳突变体和粉红色种皮突变体,均显著减少了直链淀粉含量、增加了支链淀粉和总淀粉含量,呈现淀粉粒表面凹陷增多、絮状物附着的特征;ZMKM8、ZMKM17和ZMKM32分别作为白色胚乳、异常黄色胚乳与条纹种皮突变体均明显增加了直链淀粉含量,显示淀粉粒表面的棱角弱化特征。本研究所得的玉米籽粒性状突变体可应用于遗传分析、蛋白组学表征、转录组与cDNA鉴定、基因克隆与编码蛋白解析、新品种培育等玉米的遗传育种学研究。其应用有望促进玉米籽粒中未知功能基因的鉴定、性状表达遗传调控机制的全面阐明以及玉米营养品质多样化育种目标的达成。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S513
【部分图文】：
图 3.1 皱缩胚乳突变体籽粒外观特征A: 野生型籽粒；B, C: 皱缩胚乳Fig.3.1 Appearance characteristics of kernels in shrunken endosperm mutantsA: wild type kernel; B, C: ZMKM1 and ZMKM2表 3.1 纯合基因型系列籽粒突变系中皱缩突变体籽粒特征、植株性状及果穗形态
图 3.2 糯质胚乳突变体的籽粒外观特征A: 野生型籽粒；B, C, D：糯质胚乳Fig.3.2 Appearance characteristics of kernels in waxy endosperm mutanA: wild type kernel; B, C, D: ZMKM3, ZMKM4 and ZMKM5
图 3.3 白色胚乳突变体的籽粒外观特征A: 野生型籽粒；B, C, D, E: 白色胚乳Fig.3.3 Appearance characteristics of kernels in white endosperm mutantsA: wild type kernel; B, C, D, E: ZMKM6, ZMKM7, ZMKM8 and ZMKM9表 3.3 纯合基因型系列籽粒突变系中白色胚乳突变体籽粒特征、植株性状及果穗形态
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本文编号：2815048
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