一個玉米花序發(fā)育突變體的鑒定與初步遺傳分析.pdf

1、玉米(Zea mays L.)原產(chǎn)于墨西哥南部山區(qū)，由一種名為大芻草的物種馴化而來。七千多年前，當?shù)赝林用耖_始對大芻草進行馴化，隨后培育出了許多地方品種。育種家通過對地方品種的不斷選育改良，培育出了許多玉米自交系。玉米在長期的馴化改良過程中與大芻草在形態(tài)上產(chǎn)生了巨大差異，造成兩者表型巨大差異的根本原因在于，人類早期對大芻草有利遺傳變異的選擇與保留。本研究在玉米-大芻草雜交衍生的重組自交家系群體中，分離出了一個玉米花序發(fā)育異常的家系，我

2、們命名為Ter1(Teosinte ear rank1)。以其近等基因系，玉米花序發(fā)育正常的材料為對照，我們命名為WT(Wild-type)。我們以Ter1和WT作為我們基礎(chǔ)的研究材料。開展了Ter1和WT的形態(tài)學(xué)、細胞學(xué)、遺傳學(xué)和轉(zhuǎn)錄組的初步研究，希望鑒定并解析控制該突變體的遺傳位點和調(diào)控途徑。主要研究結(jié)果如下:
　　1.Ter1的表型鑒定與掃描電子顯微鏡觀察:我們發(fā)現(xiàn)Ter1和WT兩者田間表型相似，在株高、穗位高、雄穗分枝和穗

3、位葉寬等性狀無顯著差異，穗行數(shù)和穗位葉長表現(xiàn)存在極顯著差異，同是觀察到Ter1雌穗上有雄花分化，表明Ter1可能影響玉米雌性小花的性別分化。我們使用掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在Ter1雌穗發(fā)育過程中，小穗分生組織(Spikelet Meristem:SM)可以分化形成兩個小花分生組織(Floralmeristem，F(xiàn)M)。但是，兩個FMs的發(fā)育命運不相，其中一個FM發(fā)育正常，其雄蕊原基退化，雌蕊原基發(fā)育正常，另一個FM不能正常發(fā)育，反而雌

4、蕊原基退化，雄蕊原基發(fā)育成花藥。Ter1雌穗異常的分化，導(dǎo)致雌穗性別分化異常同時穗行數(shù)減少。
　　2.Ter1的遺傳分析:我們使用玉米基因芯片對Ter1和WT進行遺傳背景差異分析，通過構(gòu)建Ter1與WT的F2分離群體，以玉米B73參考基因組V2版本序列為參照，在Ter1大芻草染色體導(dǎo)入?yún)^(qū)段內(nèi)開發(fā)分子標記。我們首先通過單標記方差分析對Ter1進行初步遺傳分析，找到3個與表型緊密相關(guān)的標記，其中2個標記位于一號染色體bin1.09，1

5、個標記位于三號染色體bin3.03。我們命名一號染色體的遺傳位點為Ter1-1，命名三號染色體的遺傳位點為Ter1-2。隨后，我們對一號染色體的遺傳位點Ter1-1進行精細定位，最終將其鎖定在約6MB的物理區(qū)間內(nèi)，該區(qū)間在玉米參考基因組V2版本中總共有159個注釋基因。
　　3.轉(zhuǎn)錄組分析:我們在解剖鏡下將Ter1雌蕊中正常發(fā)育的FM和異常發(fā)育的FM分離，分別提取RNA進行轉(zhuǎn)錄組測序分析。兩組織中共檢測到755個差異表達基因(Di

6、fferentially Rxpressed Genes，DEGs)，異常發(fā)育的FM同正常發(fā)育的FM相比，一些和花序發(fā)育直接相關(guān)的基因如ba1、bd1、ub3、ts2、gt1等表達量都有顯著差異，同時對差異表達基因進行GO和KEGG功能富集。隨后，我們利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對定位區(qū)間內(nèi)的差異表達基因進行分析，發(fā)現(xiàn)定位區(qū)段內(nèi)只有4個基因的表達量存在顯著差異。參照玉米參考基因組V4版本最新注釋，對這4個基因的功能進行分析，其中一個基因注釋為脂肪氧合