玉米Rubisco活化酶基因eQTL的遺傳解析及育種利用研究

《玉米Rubisco活化酶基因eQTL的遺傳解析及育種利用研究》是依託揚州大學，由印志同擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：玉米Rubisco活化酶基因eQTL的遺傳解析及育種利用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：印志同
• 依託單位：揚州大學

項目摘要

Rubisco是光合作用限速酶，但必須在其活化酶（RCA）催化下才具有活性。RCA對植物光能利用和產量建成具有重要作用，已成為作物高產育種潛在靶點。我們前期克隆出2個玉米RCA基因；在123份玉米自交系中，其表達對產量貢獻率高達24%，其中1個基因與產量間相關係數高於C4途徑3個重要高光效基因；基因定位初步結果顯示，2個RCA基因均具有與產量QTL共位的eQTL。本項目擬在此基礎上，通過連鎖分析和全基因組關聯分析，鑑定調控玉米RCA基因表達量和產量性狀的關鍵基因組區段，剖析RCA基因參與產量建成的遺傳基礎；通過目標區間定點關聯分析，篩選關鍵基因組區段的優異等位變異；利用基因瞬時表達方法，驗證RCA基因啟動子的優異等位變異；並利用標記選擇方法，將優異等位變異導入需要改良的自交系，評價其育種價值。研究結果對於解析玉米光合作用和產量建成的遺傳基礎，培育高產品種具有重要理論意義和套用價值。

結題摘要

Rubisco活化酶（RCA）對植物光合作用和產量建成具有重要作用。本項目採用連鎖分析和全基因組關聯分析方法，定位調控玉米RCA基因表達量和產量性狀的關鍵基因組座位，挖掘關鍵座位的優異等位變異，利用轉基因方法驗證優異等位變異，並開展優異等位變異的分子標記輔助育種工作。研究進展如下：①以242份玉米重組自交係為材料，在連續兩年的大田種植條件下，檢測到5個控制RCA基因ZmRCAβ表達的eQTL和4個產量QTL。以具有廣泛遺傳變異的235份玉米自交係為材料，在連續兩年的大田種植條件下，檢測到15個控制ZmRCAβ基因表達的eQTL和2個產量QTL。兩項分析共同檢測到一個在不同環境中穩定表達的eQTL。在所有檢測到的位點中，該eQTL的遺傳效應最大，對表型變異的最高貢獻率達29.7%。②因具有最大遺傳效應的eQTL與ZmRCAβ基因物理位置重疊，我們推測，ZmRCAβ基因表達受其自身DNA序列變異調控。以182份玉米自交係為研究材料，對ZmRCAβ基因啟動子區、編碼區和非編碼區開展DNA測序和候選區段關聯分析，發現基因啟動子區存在2個與ZmRCAβ基因表達顯著關聯的多態性位點，它們分別為一個2-bp插入和一個14-bp的插入。依據這兩個插入將ZmRCAβ基因啟動子劃分成3種單倍型，其中攜帶ZmHap1單倍型的自交系，其RCA基因表達量和產量高於攜帶其它單倍型的自交系。在水稻愈傷組織、玉米和水稻原生質體、菸草葉片中的轉基因實驗進一步證實，ZmHap1型啟動子活性強於其它類型啟動子。③設計了2個基於PCR的分子標記，並通過分子標記輔助選擇方法獲得3份了導入優異等位變異的玉米育種中間材料。上述研究結果對於解析玉米光合作用形成的遺傳基礎和培育高產玉米新品種具有重要理論和套用價值。本項目執行期間共發表研究論文7篇，其中SCI論文5篇。培養碩士研究生8名。