玉米耐旱基因DT1的克隆與功能研究

《玉米耐旱基因DT1的克隆與功能研究》是依託中國農業大學，由秦峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：玉米耐旱基因DT1的克隆與功能研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：秦峰
• 項目類別：面上項目

項目摘要

乾旱是威脅我國玉米生產最主要的環境因素。克隆玉米的抗旱基因，研究玉米回響水分脅迫的分子機理，改良玉米抗旱性既是生物學研究的前沿課題，也是我國農業生產的重大需求。我們通過利用來自全球不同地區的玉米自交系材料構成的關聯群體，以及覆蓋玉米全基因組的高密度SNP標記，對玉米苗期耐旱性進行了全基因組關聯分析，確定了控制玉米耐旱性的一個主效基因，並命名為DT1。本研究將通過對DT1基因分子生物學與生物化學的研究，揭示其生化及細胞生物學功能；通過構建玉米DT1基因過量表達轉基因玉米材料，研究其在耐受乾旱脅迫過程中的生理功能；通過構建DT1基因不同等位基因型的近等基因系（NIL）材料研究該基因優異等位基因型的遺傳效應。本研究將充分利用玉米基因組學和數量遺傳學的分析手段，融合分子生物學與作物分子遺傳學的實驗方法克隆玉米耐旱基因，並闡明其作用機理。本研究有可能為玉米耐旱性的遺傳改良提供新的基因資源和選擇靶點。

結題摘要

在全球範圍內，乾旱等自然災害嚴重威脅玉米生產，嚴重時會造成大幅減產和絕收，因此克隆玉米抗旱基因，改良玉米抗旱性是農業生產的迫切需求。中國科學院植物研究所秦峰研究組利用全球不同地區的玉米自交系組成的自然變異群體，通過全基因組關聯分析發現83個遺傳變異位點（解析至42個候選基因）與玉米苗期抗旱性顯著相關。其中，最顯著的位點位於第9號染色體上的ZmVPP1基因中，該基因編碼一個定位於液泡膜上的質子泵-焦磷酸水解酶。通過對大量玉米自交系ZmVPP1序列的精細分析發現，在抗旱性強的材料中，ZmVPP1的啟動子中含有一個長度為366-bp的DNA片段插入（InDel-379），該片段中含有3個乾旱應答的MYB順式作用元件，因而提高了ZmVPP1在乾旱脅迫下的表達量。通過雜交和連續回交的方法，將抗旱材料的ZmVPP1 基因導入乾旱敏感的材料中能有效提高玉米苗期的抗旱性。研究還發現提高ZmVPP1的表達量，可以促進根系的發育增加側根數目，提高葉片的光合速率和水分利用效率，從而增強玉米的抗旱性能力。在田間乾旱缺水條件下，ZmVPP1過表達植株的產量顯著高於對照植株，其產量受乾旱影響較小。該研究成果對玉米抗旱性的遺傳改良具有重要意義，為玉米抗旱新品種的培育提供了重要的基因資源和選擇靶點。