玉米Mu/MuDr突变体库的构建和LSC1基因的精细定位

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玉米是我国主要粮食作物、饲料和工业原料,在我国种植面积广泛,关乎我国的粮食安全。玉米Mutator转座子天然存在玉米基因组中,是迄今为止发现活性最高,诱变能力最强的一类转座子。利用转座子创制突变体相对于EMS等其它诱变方式安全稳定,并且具有较高突变频率,是突变体创制和基因克隆的高效可靠方法。本实验将具有转座酶活性的MuDR基因和bronze1-mum9基因的玉米品系和具有Bronze1基因(花青素合成基因)的玉米品系从W22遗传背景通过多代回交的方式导入到B73遗传背景。然后将两品系杂交得F1代(籽粒黑紫色),F1代自交得到包含大量Mu转座子插入突变位点的F2代群体。通过对F2代籽粒颜色挑选得到稳定的突变后代(黄色)。这些稳定突变后代自交得到的种子构成我们所需的突变体库材料。通过此方法我们在3939株F2群体中,筛选得到了183个明显表型的个体。按照其表型特点将其分为以下几大类:粒形突变体、抗性突变体、株形突变体。玉米的籽粒作为影响玉米产量最直接的体现,改良籽粒性状可快速高效的获得育种资源。本实研究中,我们将挑选出籽粒变大突变体命名为lsc1(large size corn 1)并做了进一步研究,结果如下:(1)对此籽粒变大突变体多代纯合至表型稳定,比较突变体lsc1与B73的粒长、粒宽、粒厚、百粒重,我们发现lsc1平均粒长为11.298mm,相比B73的10.489mm增加了7%以上,lsc1平均粒宽为10.127mm,相比B73的6.798mm增加40%以上,lsc1平均粒厚5.968mm,相比B73的4.803mm增加20%以上,lsc1百粒重48.585g,相比B73的23.592g增加100%以上。由于粒宽变化显著,故选取粒宽为目的性状进行研究。(2)利用纯合的lsc1突变体与Mo17自交系杂交得到F1代,F1自交得到的F2代群体作为本研究用的分离群体。统计F2代分离比,发现其符合3:1的孟德尔分离比,因此该表型为典型的隐性单基因控制。(3)我们筛选了110对SSR markers得到了50对在两亲本之间呈多态性连锁的SSR分子标记。覆盖玉米全基因组10条染色体,标记间平均距离约25Mbps。(4)对F2小分离群体中318个单株籽粒粒宽进行统计,采用BSA(混合分组分离法)选取粒宽极大,极小的单株各20个样本以及两个亲本构建DNA混池。利用不同SSR引物进行PCR—凝胶电泳分析。结果发现在bnlg2203、dupssr9两个分子标记处紧密连锁。(5)扩大F2分离群体,统计各单株粒宽数据,在1706个单株中挑选出400个粒宽极大的单株用以精细定位。根据小群体初定位的结果,在bnlg2203、dupssr9两个分子标记附近设计筛选了11个可用标记,把候选区间缩小到5Mbps。对此5Mbps区间内的基因进行表达模式、基因功能等分析最终确定候选基因。(6)利用Mu侧翼序列富集的方法,分别对50个极大粒混池和40个极小粒混池进行侧翼序列富集和测序,并进行关联分析,尝试找到候选基因。
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