玉米籽粒粒型基因的功能與互作研究

《玉米籽粒粒型基因的功能與互作研究》是張志明為項目負責人，四川農業大學為依託單位的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：玉米籽粒粒型基因的功能與互作研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：張志明
• 依託單位：四川農業大學

項目摘要

玉米籽粒粒型基因的生物學功能及相互作用的研究，對解析玉米產量形成的遺傳基礎和指導產量性狀的分子設計育種等具有重要的理論和實踐意義。本項目擬在前期研究的基礎上，以玉米籽粒粒長和粒寬為目標性狀，以玉米UniformMu籽粒粒型突變體為研究材料，採用Mu-Tail PCR和Mu-seq技術，準確鑑定Mu轉座子的插入位點，結合基因型-表型共分離確定並克隆突變基因；通過突變基因的關聯分析挖掘優異等位變異或單倍型，開發功能標記；利用農學、遺傳學、生物學和轉錄組學方法，對單突變體和雙突變體進行分析，解析基因功能並闡明玉米籽粒粒型關鍵基因的互作關係；利用基因組定點修飾技術創製互作基因不同等位位點變異的突變體材料，為深入研究玉米籽粒形成多基因互作的遺傳網路調控奠定基礎。通過以上研究以期解析控制玉米粒長和粒寬形成關鍵基因的生物學功能和互作關係，為玉米產量性狀的遺傳調控網路解析及高產育種的分子設計提供理論基礎。

結題摘要

玉米產量由單位面積穗數、穗粒數和粒重三部分組成，而粒型是決定粒重的重要因素，鑑定控制粒型形成的關鍵基因，發掘優良等位變異，研究其功能，探明多基因互作的調控網路等，不僅有助於系統闡明玉米粒型構成的遺傳機制，也為玉米產量性狀遺傳改良及高產分子設計育種提供基因資源和理論支持。我們對穩定遺傳的1份粒長、粒寬降低，1份粒長、粒寬增加的Uniform-Mu轉座子插入突變體材料，採用Mu-Tail PCR和Mu-seq技術，鑑定Mu轉座子的插入位點，並結合基因型-表型共分離確定導致表型變異的突變基因，結合轉錄組學的方法分析突變材料在籽粒不同發育時期相關基因轉錄水平的動態變化，篩選到1個控制籽粒發育、影響粒型變異的關鍵基因。結合EMS花粉誘變技術，對西南玉米生產上大面積利用的骨幹自交系進行突變體庫創製，獲得了一個包含6000份M2家系，表型變異比較豐富的突變體庫，並從中篩選鑑定了30多份穩定遺傳的粒型變異突變體，將這些粒型突變體跟玉米自交系B73、Mo17、齊319等背景材料進行雜交，以此構建遺傳分離群體，綜合利用遺傳學分析、圖位克隆、BSAseq、BSRseq等技術，對多份粒型變異突變體進行了基因定位和克隆，現已成功克隆到3個具有不同生物學功能的粒型突變基因，結合籽粒發育的細胞學觀察，基因亞細胞定位、組織特異表達、生物信息學等方法對其功能進行了初步鑑定。利用RNAseq技術對粒型變異突變體的差異表達基因進行了分析，獲得一些共性表達和特異表達的基因，這些基因多數調控玉米籽粒胚乳、胚的發育及澱粉合成等途徑。利用WGCNA算法對突變基因的共表達網路進行了構建，初步解析了玉米籽粒發育過程中關鍵基因的遺傳互作關係，突變基因的表達調控機理。此外，我們還將這些粒型變異突變體進行了相互雜交，構建了多個粒型變異基因的雙突、三突以及四突材料，下一步將在這些突變體基因個體功能解析的同時對粒型發育的基因互作進行系統研究，以期更好的闡明玉米粒型形成的網路調控過程。