玉米節根夾角遺傳結構剖析及其關鍵基因的克隆

《玉米節根夾角遺傳結構剖析及其關鍵基因的克隆》是依託揚州大學，由李鵬程擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：玉米節根夾角遺傳結構剖析及其關鍵基因的克隆
• 項目負責人：李鵬程
• 依託單位：揚州大學

項目摘要

根系在土壤中的深層分布可提高玉米對水分和氮素的吸收，而節根夾角是決定玉米根系深扎的關鍵性狀。但是目前玉米節根夾角的遺傳研究較少，其分子遺傳機制尚不清楚，還未有相關QTL被精細定位和克隆的報導。申請者前期利用連鎖和關聯分析共同定位到控制玉米節根夾角的QTL（qRA1-1）。本項目擬在此基礎上，利用兩個連鎖群體和兩個關聯群體，在多個環境條件下結合連鎖和關聯分析定位玉米節根夾角的QTL，剖析玉米節根夾角的遺傳結構。隨後構建次級分離群體對主效QTL（qRA1-1）進行精細定位，結合關聯分析快速獲得候選基因。對候選基因在骨幹自交系及其衍生系中進行重測序，通過單倍型分析和基因差異表達分析，挖掘與節根夾角相關的優良等位變異並驗證功能。本項目的開展將闡明玉米節根夾角的分子遺傳機制，為玉米根系的遺傳改良、玉米資源高效利用和高產潛力的挖掘提供理論依據和優良的基因與種質資源。

結題摘要

根系在土壤中的深層分布可提高玉米對水分和營養元素的吸收利用效率，而節根夾角和根長是決定玉米根系深扎的關鍵性狀。本項目在玉米苗期的正常和乾旱處理下，調查了RIL群體根系性狀（節根夾角、直徑、長度等）發現，各性狀在正常和乾旱條件下均呈現廣泛的分離。QTL分析總計定位到的位點數是90個QTL，其中地上部檢測到39個QTL位點，正常水分條件下QTL位點數為23個，乾旱條件下QTL位點數為16個，解釋表型變異率為5.96-14.28%；根系性狀檢測到51個QTL位點，正常條件下QTL位點數為31個，乾旱條件下QTL位點數為20個，可解釋的表型變異率為4.82-17.14%。在田間多個環境下，調查了RIL群體節根夾角、數目、直徑，所有測得的性狀均表現出顯著的基因型-環境相互作用。針對夾角、數目、直徑進行了單環境和多環境QTL分析。單環境分析共定位到46個QTL，大多數QTL解釋的表型變異少於10％。多環境分析檢測到了25個QTL，其中2個和1個QTL具有顯著QTL和環境相互效應。以319份玉米自交係為材料，對主胚根長、總根長、根乾重等18個苗期性狀進行全基因組關聯分析，共檢測到79個顯著SNP，單個位點可解釋6.01 %-22.73 %的表型變異。基因注釋，在顯著SNP上下50 Kb範圍內共檢測並注釋到539個基因。在二號染色體上定位到一個與主胚根長相關的位點，並確定ZmTDD1為候選基因。在自交系群體對ZmTDD1開展候選基因關聯分析，共檢測到6個變異位點與主胚根長顯著關聯，可以將自交系群體劃分為4種單倍型，單倍型間主胚根長存在顯著差異；ZmTDD1的基因表達量與主胚根長呈顯著正相關，利用SNP453和Indel959劃分單倍型，單倍型GT的主胚根長和表達量顯著高於單倍型T-，SNP453和Indel959可能是該基因的功能位點；從玉米自交系B73中克隆ZmTDD1基因的全長cDNA序列，構建過表達載體，目前正在玉米中進行轉化，為進一步探究ZmTDD1影響玉米根系伸長的分子機制創建超表達材料。研究結果明確了玉米根系構型的遺傳機制，為玉米根系的遺傳改良、玉米高效資源利用率和高產潛力的挖掘提供理論依據和優良的基因資源。通過本基金的資助，發表SCI收錄論文6篇和1篇中文核心期刊，培養碩士研究生3名，ZmTDD1基因功能解析相關研究工作獲國家自然科學基金面上項目資助。