《玉米顯性矮稈基因D11的克隆及其調控網路的解析》是依託揚州大學，由王益軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：玉米顯性矮稈基因D11的克隆及其調控網路的解析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王益軍
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矮稈基因被用來增強作物的抗倒性與提高收穫指數，玉米顯性矮稈基因的研究集中於D8、D9、Dt，玉米顯性矮稈基因的研究工作亟待拓寬矮稈基因的種質來源，豐富矮稈基因的遺傳基礎。本實驗室對一份新的玉米顯性矮稈材料進行了研究，結果表明：1、該矮稈性狀受顯性單基因D11控制，D11非D8、D9、Dt的等位變異；2、D11被精細定位在約143 kb範圍內，含有4個ORF；3、自交系昌7-2中存在D11的抑制因子。在此基礎上，本項目擬採用序列特徵分析、基因表達分析，確定矮稈候選基因；通過遺傳轉化，驗證候選基因功能；使用qRT-PCR、Western雜交，研究目的基因的表達模式；基於突變體輔助基因定位及表征分析MAGIC，發掘矮稈基因的抑制因子；綜合轉錄組測序、基因晶片、MAGIC的結果，解析矮稈基因的調控網路。本申請項目旨在豐富株高調控的理論基礎，也為理想株型育種工作提供理論參考與技術支撐。
結題摘要
矮稈基因與作物抗倒性和收穫指數密切相關，玉米顯性矮稈基因的研究集中於D8，玉米顯性矮稈基因的育種套用與基礎研究工作亟待拓寬矮稈基因的種質來源，豐富矮稈基因的遺傳基礎。本項目對玉米顯性矮稈材料D11進行了研究，主要研究內容包括矮稈候選基因分離、候選基因功能驗證、基因表達模式、矮稈基因抑制因子發掘、基因調控網路解析。主要結果如下：1、初定位區間分子標記開發結合重組單株基因型檢測，D11定位於39 kb區間，該區間含有1個注釋的基因。與B73、Mo17材料相比，矮稈材料D11中候選基因全長存在2處序列變異。2、設計兩對guide RNA進行載體構建，獲得13份CRISPR-Cas9編輯候選基因位點的材料。與野生型相比，CRISPR-Cas9編輯材料株高顯著降低。3、與野生型相比，候選基因在D11中表達量顯著降低。候選基因在玉米根、莖頂端分生組織、成熟莖、葉片中表達。候選基因編碼蛋白在高世代回交分離群體株高正常植株葉片中豐度最高，在D11根中豐度最低。4、玉米塘四平頭種質昌7-2中存在D11基因的抑制因子，但不是所有塘四平頭種質（例如黃早四）中均存在D11基因的抑制因子。玉米SNP晶片檢測鄭58、昌7-2衍生的重組自交系群體基因型，結合D11與鄭58、昌7-2衍生重組自交系群體雜交後代株高測定，D11基因的抑制因子被定位於SNP標記AX-123944761與AX-123944869之間。5、同一發育時期、同一組織、不同核背景（鄭58、Mo17）高世代回交群體進行轉錄組測序。與株高正常株相比，鄭58核背景下D11中發掘到306個差異表達基因（171個上調、135個下調）、Mo17核背景下D11中發掘到2537個差異表達基因（1120個上調、1417個下調）。qRT-PCR分析了差異表達基因。兩種核背景下差異表達基因最顯著富集的通路均與糖合成代謝運輸相關。對不同核背景共同檢測到的差異表達基因進行共表達分析，進一步發掘D11基因介導的調控網路。葡萄糖合成代謝酶基因pgm2、糖酵解重要酶基因GAPC1與互作因子構成了複雜的D11介導的差異表達基因共調控網路。本項目所得結果豐富了株高調控的理論基礎，也為株型改良等育種工作提供了科學依據與實踐素材。
