玉米種子活力相關性狀QTL定位及相關基因的克隆.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)濟健康發(fā)展以及化解能源危機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，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)量和應用價值最重要的指標之一，活力高的種子發(fā)芽迅速整齊、幼苗均勻整齊、生長健壯，同時可以實現(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RILs群體的420個家系為材料，利用SNP分子標記技術(shù)構(gòu)建了兩張分布較均勻、高密度的分子遺傳連鎖圖譜，采用復合區(qū)間作圖法定位了發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、苗長、幼苗干重、根干重、簡易活力指數(shù)和平均發(fā)芽速度以及超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性、過氧化氫酶活性、丙二醛含量等玉米種子活力相關形態(tài)及生理指標的QTL，并根據(jù)比較基因組學分析生物信息學方法預測種子活力相關候選功能基因

3、，同源克隆ZmqLTG3-1基因并對其功能進行了初步分析，假以闡明玉米種子活力的分子遺傳機理、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和優(yōu)良的基因資源、為分子標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)開發(fā)的3072個SNP標記，對兩個重組自交系群體及其親本豫82和沈137、豫537A和沈137進行親本多態(tài)性標記篩選，獲得親本多態(tài)性SNP標記分別為1397個和1371個。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個和1139個SNP標記位點的遺傳連鎖圖譜，均包含10個連鎖群，圖譜全長分別為1629.61cM和1681.75cM，標記間平均距離分別為1.39cM和1.48cM，標記分布比較均勻。利用Biomercator3.1軟件將2張遺傳圖譜整合為包含1712個SNP標記的整合圖譜總長為1712.6cM，標記平均距離為1.00cM。
　　2、不同人工老化條件下，

5、利用2個重組自交系群體共檢測到172個玉米種子活力相關性狀的QTLs。其中基于豫82×沈137的重組自交系群體檢測到92個，分布在全部基因組的10條染色體上，單個QTL解釋性狀遺傳變異介于5.4％-13.74％?；谠?37A×沈137的重組自交系群體檢測到80個，分布在1、2、3、4、5、7、8、9、10染色體上，單個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個初始QTLs中的140個(81.39％

6、)整合進25個mQTLs，分別分布于基因組的10條染色體上，每個mQTL平均包含5.6個QTLs，調(diào)控2-6個性狀，其中mQTL2、mQTL3-2、mQTL3-4、mQTL5-2、mQTL5-3、mQTL6-2、mQTL8等7個mQTLs中均包含了多個與種子活力相關且穩(wěn)定表達的QTLs。33個候選基因分別位于18個mQTLs對應的SNP標記分布區(qū)間內(nèi)，主要在生長發(fā)育、代謝途徑調(diào)控、信號傳導、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個重組自交系群體共檢到83個玉米種子活力相關性狀的QTLs。其中基于豫82×沈137的重組自交系群體檢測到33個，分布在1、2、3、5、6、7、10染色體上，單個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到50個，分布在全部基因組的10條染色體上，單個QTL解釋性狀遺傳變異的5.39％-11.92％。利用元分析的方法將83個初始QTLs中的40個(37.5％)整合進6個

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

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

10、點是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，在玉米胚中的表達量最高，其次是莖尖，在葉、根等器官中的表達量較低;隨著胚萌發(fā)時間的增加，其表達量逐漸增加，在萌發(fā)24h時呈現(xiàn)最高豐度表達，之后表達豐度與萌發(fā)時間呈現(xiàn)規(guī)律性下降。亞細胞定位結(jié)果表明，該基因所編碼的產(chǎn)物被定位在細胞膜上，是一跨膜蛋白。通過農(nóng)桿菌介導的花序侵染法將過表達載體OE-Zmq TG3-1和空載體pCAMBIA1304轉(zhuǎn)入擬南芥，在