玉米種子活力相關(guān)性狀QTL定位及相關(guān)基因的克隆.pdf

1、玉米（Zea mays L.）是世界上最重要的糧食、飼料和工業(yè)原料作物之一，在確保糧食安全、經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展以及化解能源危機(jī)方面具有舉足輕重的作用。種子是農(nóng)作物生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，種子質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成效。種子活力是衡量種子質(zhì)量和應(yīng)用價(jià)值最重要的指標(biāo)之一，活力高的種子發(fā)芽迅速整齊、幼苗均勻整齊、生長(zhǎng)健壯，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約播種量，減少勞力投入，降低生產(chǎn)成本，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。QTL定位和克隆是解析玉米農(nóng)藝性狀遺傳基礎(chǔ)的重要手段。本研究

2、以基于豫537A×沈137和豫82×沈137構(gòu)建的兩個(gè)RILs群體的420個(gè)家系為材料，利用SNP分子標(biāo)記技術(shù)構(gòu)建了兩張分布較均勻、高密度的分子遺傳連鎖圖譜，采用復(fù)合區(qū)間作圖法定位了發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、苗長(zhǎng)、幼苗干重、根干重、簡(jiǎn)易活力指數(shù)和平均發(fā)芽速度以及超氧化物歧化酶活性、過(guò)氧化物酶活性、過(guò)氧化氫酶活性、丙二醛含量等玉米種子活力相關(guān)形態(tài)及生理指標(biāo)的QTL，并根據(jù)比較基因組學(xué)分析生物信息學(xué)方法預(yù)測(cè)種子活力相關(guān)候選功能基因

3、，同源克隆ZmqLTG3-1基因并對(duì)其功能進(jìn)行了初步分析，假以闡明玉米種子活力的分子遺傳機(jī)理、為高活力玉米種質(zhì)材料創(chuàng)制和優(yōu)異的高產(chǎn)品種選育提供理論基礎(chǔ)和優(yōu)良的基因資源、為分子標(biāo)記輔助選擇提供參考。主要結(jié)果如下:
　　1、利用基因芯片技術(shù)開(kāi)發(fā)的3072個(gè)SNP標(biāo)記，對(duì)兩個(gè)重組自交系群體及其親本豫82和沈137、豫537A和沈137進(jìn)行親本多態(tài)性標(biāo)記篩選，獲得親本多態(tài)性SNP標(biāo)記分別為1397個(gè)和1371個(gè)。利用Jionmap4軟件，

4、在LOD=2.5和最大遺傳距離為20 cM的情景下，構(gòu)建了2張分別包含1172個(gè)和1139個(gè)SNP標(biāo)記位點(diǎn)的遺傳連鎖圖譜，均包含10個(gè)連鎖群，圖譜全長(zhǎng)分別為1629.61cM和1681.75cM，標(biāo)記間平均距離分別為1.39cM和1.48cM，標(biāo)記分布比較均勻。利用Biomercator3.1軟件將2張遺傳圖譜整合為包含1712個(gè)SNP標(biāo)記的整合圖譜總長(zhǎng)為1712.6cM，標(biāo)記平均距離為1.00cM。
　　2、不同人工老化條件下，

5、利用2個(gè)重組自交系群體共檢測(cè)到172個(gè)玉米種子活力相關(guān)性狀的QTLs。其中基于豫82×沈137的重組自交系群體檢測(cè)到92個(gè)，分布在全部基因組的10條染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異介于5.4％-13.74％。基于豫537A×沈137的重組自交系群體檢測(cè)到80個(gè)，分布在1、2、3、4、5、7、8、9、10染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異介于5.39％-12.11％。利用元分析的方法，將172個(gè)初始QTLs中的140個(gè)(81.39％

6、)整合進(jìn)25個(gè)mQTLs，分別分布于基因組的10條染色體上，每個(gè)mQTL平均包含5.6個(gè)QTLs，調(diào)控2-6個(gè)性狀，其中mQTL2、mQTL3-2、mQTL3-4、mQTL5-2、mQTL5-3、mQTL6-2、mQTL8等7個(gè)mQTLs中均包含了多個(gè)與種子活力相關(guān)且穩(wěn)定表達(dá)的QTLs。33個(gè)候選基因分別位于18個(gè)mQTLs對(duì)應(yīng)的SNP標(biāo)記分布區(qū)間內(nèi)，主要在生長(zhǎng)發(fā)育、代謝途徑調(diào)控、信號(hào)傳導(dǎo)、逆境抵御等方面發(fā)揮功能。
　　3、不同溫

7、度環(huán)境下，利用2個(gè)重組自交系群體共檢到83個(gè)玉米種子活力相關(guān)性狀的QTLs。其中基于豫82×沈137的重組自交系群體檢測(cè)到33個(gè)，分布在1、2、3、5、6、7、10染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異的5.41％-11.01％?；谠?37A×沈137的重組自交系群體檢測(cè)到50個(gè)，分布在全部基因組的10條染色體上，單個(gè)QTL解釋性狀遺傳變異的5.39％-11.92％。利用元分析的方法將83個(gè)初始QTLs中的40個(gè)(37.5％)整合進(jìn)6個(gè)

8、mQTLs，分別分布于第3、5、7和10染色體上，每個(gè)mQTL平均包含5.16個(gè)QTLs，調(diào)控2-6個(gè)性狀，其中mQTL3-2包含了10個(gè)QTLs，涉及參與對(duì)MGT、VI、SDW、RDW、GE、SVI等6個(gè)性狀的調(diào)控，充分體現(xiàn)了一因多效。35個(gè)候選基因分別位于6個(gè)mQTLs對(duì)應(yīng)SNP標(biāo)記分布區(qū)間內(nèi)，主要參與了對(duì)種子萌發(fā)、氧化還原代謝途徑、信號(hào)傳導(dǎo)、逆境抵御等生物過(guò)程的調(diào)控。
　　4、對(duì)基于豫537A×沈137的重組自交系群體超氧化

9、物歧化酶活性、過(guò)氧化物酶活性、過(guò)氧化氫酶活性、丙二醛含量等4個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行了QTL檢測(cè)，共檢測(cè)到11個(gè)QTLs，分別分布在第1、2、4、6、7、8等6條染色體上，單個(gè)QTL的貢獻(xiàn)率介于5.52％-12.10％。
　　5、克隆了ZmqLTG3-1基因，其cDNA全長(zhǎng)606bp，具有一個(gè)441bp的開(kāi)放閱讀框，編碼147個(gè)氨基酸，該蛋白含有AAI_ LTSS超蛋白家族的LTP（含8個(gè)半胱氨酸）保守結(jié)構(gòu)，分子量為14.16 KDa，等電

10、點(diǎn)是8.3，與高梁、水稻的相似度分別為92％和88％。熒光定量RT-PCR分析結(jié)果表明，在玉米胚中的表達(dá)量最高，其次是莖尖，在葉、根等器官中的表達(dá)量較低;隨著胚萌發(fā)時(shí)間的增加，其表達(dá)量逐漸增加，在萌發(fā)24h時(shí)呈現(xiàn)最高豐度表達(dá)，之后表達(dá)豐度與萌發(fā)時(shí)間呈現(xiàn)規(guī)律性下降。亞細(xì)胞定位結(jié)果表明，該基因所編碼的產(chǎn)物被定位在細(xì)胞膜上，是一跨膜蛋白。通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的花序侵染法將過(guò)表達(dá)載體OE-Zmq TG3-1和空載體pCAMBIA1304轉(zhuǎn)入擬南芥，在