玉米雄性不育突变体mi-ms-3的遗传分析及分子鉴定
发布时间：2021-04-14 18:49
玉米是杂种优势利用的最好的作物之一,雄性不育材料作为一种宝贵的种质资源,对杂种优势的利用具有十分重要的价值。前期筛选得到1个雄性不育突变体,并将其命名为mi-ms-3。该突变体表现为:雄穗花药数目减少且不外露,每个花药只有2个药室,部分花药退化为膜状并在其末端形成丝状物;1%I2-KI染色发现花药中含有能正常着色的花粉粒,与野生型花粉镜检不同之处在于总花粉粒数目的减少;突变体雌穗花丝增多,成熟果穗的籽粒两侧各有1个败育的籽粒。通过mi-ms-3与自交系Mo17杂交得到F1完全正常。利用F2分离群体进行遗传分析发现突变表型由隐性单基因控制。利用BSA法,初步将该基因定位在3号染色体长臂上。随后利用29对SSR标记和10对Indel标记,将突变基因定位到S-6和umc1027两个标记之间,物理距离为1.5 cM。该定位区间内有21个候选基因,通过转座子标签法及测序分析,最终发现Zm00001d042618（zmm16）基因ATG上游30bp处发生了Mu转座子的插入突变。分析表明,mi-ms-3与之前所报道的由于碱基突变造成的...
【文章来源】：作物学报. 2020,46(12)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
mi-ms-3和野生型表型
为了进一步精细定位,根据B73和Mo17参考基因组在umc1973和umc1027两个标记间的序列差异开发In Del标记,并对2个亲本进行多态性分析,共筛选出10对Indel标记(表1),最终将候选基因定位到S-6和umc1027两个标记之间,物理距离为1.5 c M (表2)。对定位区间内的21个基因进行分析,根据基因表达模式,选择在花药中表达量较高的基因作为候选基因,包括Zm00001d042609、Zm00001d042617、Zm00001d042618、Zm00001d042620和Zm00001d042624。根据Mu转座子标签法,通过利用Mu转座子末端反向重复序列设计的引物TIR-1与候选基因特异性引物42618-R组合进行PCR扩增,最终确定发生插入突变的基因为Zm00001d042618 (图2),该基因编码MADS-box蛋白,是参与花器官发育模型的B类功能基因。通过对野生型和突变体中该基因全长扩增比对发现,突变体中该基因扩增片段长度要比野生型长。测序分析表明,在Zm00001d042618基因起始密码子ATG上游30 bp处有1494 bp序列插入,在插入位点处形成9 bp靶位点重复(TTCCTTGGG)(图3)。对1494 bp序列进行分析发现,其为1个完整的Mu13转座子,该转座子具有转座活性。2.4 zmm16的启动子分析
启动子预测分析结果显示,zmm16基因的启动子区包括茉莉酸甲酯响应元件、参与防御和应激反应响应元件、生长素响应元件、脱落酸响应元件、干旱胁迫响应元件及厌氧响应元件(图4)。研究表明,茉莉酸甲酯响应元件与玉米雄穗和雌穗的发育有关[9],特别是与玉米单性花形成密切相关[10]。除此之外,zmm16基因启动子区还存在与分生组织表达相关的顺式作用元件,这也进一步说明Mu13转座子插入是导致mi-ms-3花药发育异常的原因。另外,还发现低温响应顺式作用元件及多个光响应元件,这2类响应元件对玉米zmm16基因功能的影响值得在未来深入探讨。2.5 zmm16表达量分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米胞质雄性不育系研究进展[J]. 马冲,张春庆,陈举林,侯玮,王国胜. 中国农学通报. 2005(01)
[2]高等植物启动子的研究进展[J]. 王颖,麦维军,梁承邺,张明永. 西北植物学报. 2003(11)
[3]带遗传标记的玉米基因雄性不育的发现及遗传和利用研究[J]. 林晓怡,杨典洱,林建兴. 作物学报. 2000(02)
本文编号：3137831
【文章来源】：作物学报. 2020,46(12)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
mi-ms-3和野生型表型
为了进一步精细定位,根据B73和Mo17参考基因组在umc1973和umc1027两个标记间的序列差异开发In Del标记,并对2个亲本进行多态性分析,共筛选出10对Indel标记(表1),最终将候选基因定位到S-6和umc1027两个标记之间,物理距离为1.5 c M (表2)。对定位区间内的21个基因进行分析,根据基因表达模式,选择在花药中表达量较高的基因作为候选基因,包括Zm00001d042609、Zm00001d042617、Zm00001d042618、Zm00001d042620和Zm00001d042624。根据Mu转座子标签法,通过利用Mu转座子末端反向重复序列设计的引物TIR-1与候选基因特异性引物42618-R组合进行PCR扩增,最终确定发生插入突变的基因为Zm00001d042618 (图2),该基因编码MADS-box蛋白,是参与花器官发育模型的B类功能基因。通过对野生型和突变体中该基因全长扩增比对发现,突变体中该基因扩增片段长度要比野生型长。测序分析表明,在Zm00001d042618基因起始密码子ATG上游30 bp处有1494 bp序列插入,在插入位点处形成9 bp靶位点重复(TTCCTTGGG)(图3)。对1494 bp序列进行分析发现,其为1个完整的Mu13转座子,该转座子具有转座活性。2.4 zmm16的启动子分析
启动子预测分析结果显示,zmm16基因的启动子区包括茉莉酸甲酯响应元件、参与防御和应激反应响应元件、生长素响应元件、脱落酸响应元件、干旱胁迫响应元件及厌氧响应元件(图4)。研究表明,茉莉酸甲酯响应元件与玉米雄穗和雌穗的发育有关[9],特别是与玉米单性花形成密切相关[10]。除此之外,zmm16基因启动子区还存在与分生组织表达相关的顺式作用元件,这也进一步说明Mu13转座子插入是导致mi-ms-3花药发育异常的原因。另外,还发现低温响应顺式作用元件及多个光响应元件,这2类响应元件对玉米zmm16基因功能的影响值得在未来深入探讨。2.5 zmm16表达量分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米胞质雄性不育系研究进展[J]. 马冲,张春庆,陈举林,侯玮,王国胜. 中国农学通报. 2005(01)
[2]高等植物启动子的研究进展[J]. 王颖,麦维军,梁承邺,张明永. 西北植物学报. 2003(11)
[3]带遗传标记的玉米基因雄性不育的发现及遗传和利用研究[J]. 林晓怡,杨典洱,林建兴. 作物学报. 2000(02)
本文编号：3137831
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