玉米穗軸發育UniformMu突變體基因的克隆與功能解析

《玉米穗軸發育UniformMu突變體基因的克隆與功能解析》是丁海萍為項目負責人，四川農業大學為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：玉米穗軸發育UniformMu突變體基因的克隆與功能解析
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：丁海萍
• 依託單位：四川農業大學

項目摘要

玉米是我國重要的糧食、飼料及工業原料，如何繼續提高玉米單產、培育玉米高產品種，對保障我國糧食安全具有重要意義。玉米雌穗是玉米產量構成中的重要器官，對雌穗發育過程中、影響穗行數的穗軸發育突變基因進行克隆和功能解析是培育高產玉米新品種的關鍵。本項目擬在前期研究的基礎之上，以同一基因內2個不同穗軸發育變異的UniformMu突變體為材料，結合田間表型分析和Mu-Tail PCR和Mu-seq的表型-基因型共分離技術，對穗軸發育突變基因進行鑑定和克隆；通過差異轉錄組分析來鑑定玉米穗軸發育的分子信號通路，篩選突變基因調控通路中的關鍵基因，結合qRT-PCR、組織原位雜交、生理生化分析等鑑定突變基因的功能，解析玉米穗軸發育的分子機理。發掘玉米雌穗發育過程中決定穗行數性狀的關鍵基因位點，為產量性狀的分子遺傳解析提供借鑑，為克隆產量相關基因、培育高產玉米新品種進而確保我國糧食安全做出貢獻。

結題摘要

玉米是重要的糧食、飼料和工業原料，在我國國民經濟中占有重要的地位。玉米果穗作為庫器官，其大小直接決定產量高低。玉米穗軸發育突變會改變果穗大小、穗行數和行粒數等，從而影響玉米產量。因而鑑定和克隆穗軸發育突變基因，發掘玉米雌穗發育過程中決定穗行數性狀的關鍵基因位點，對培育高產玉米新品種有重要意義。本研究以Maizegdb突變體庫訂購的Mu轉座子插入突變體為材料（遺傳背景為W22），通過多代自交篩選獲得遺傳穩定、表型明顯的穗軸扁平突變體ccf-1（corn cob fasciation 1），UniformMu編號為UFMu-07360，通過對突變體的表型鑑定，遺傳分析，Mu插入位點檢測，突變基因的定位，轉錄組測序，候選基因的克隆比對等，以期克隆導致突變體表型的基因，為穗軸發育分子機理的解析奠定基礎。結果如下：通過形態學鑑定和組織掃描電鏡分析發現突變體ccf-1雌穗穗尖分生組織增生，存在多個生長點，且呈不規則封閉環狀排列。穗上部膨大顯著，穗行數紊亂，在幼穗生長至1-2 cm時即可觀察到表型。突變基因對果穗的生長發育有明顯的影響，總趨勢是果穗增大，穗上部扁化增粗，穗行數增加，百粒重減小。通過Mu插入位點檢測結果表明，Maizegdb資料庫公布的插入位點均不是導致表型變異的原因，因而構建F2分離群體，結合田間表型鑑定和遺傳分析，利用圖位克隆策略將突變基因定位在玉米第4號染色體上insert101-insert121區段內，物理位置為7472889-8996666（B73 RefGen_v3版本）。兩個分子標記之間的遺傳距離為0.4 cM，物理距離約為1.5 Mb。獲得並驗證了突變基因為編碼cle7的GRMZM2G372364，突變體中該基因插入了1440bp，導致基因功能喪失。同時，對突變體及對照進行穗尖RNAseq，在突變體ccf-1的2 mm穗尖樣品與對照組W22間共檢測到5,654個差異表達基因，顯著富集到9個Pathway，與植物病原菌的相互作用、半乳糖代謝、植物激素信號轉導、光合作用-天線蛋白質類、次生代謝產物生物合成、萜類化合物骨架生物合成、氮代謝等信號途徑相關。