一個(gè)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(dāng)?shù)赝林用耖_始對(duì)大芻草進(jìn)行馴化，隨后培育出了許多地方品種。育種家通過對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(gè)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(duì)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(xì)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(diǎn)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(zhǎng)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(gè)小花分生組織(Floralmeristem，F(xiàn)M)。但是，兩個(gè)FMs的發(fā)育命運(yùn)不相，其中一個(gè)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(gè)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(shí)穗行數(shù)減少。
　　2.Ter1的遺傳分析:我們使用玉米基因芯片對(duì)Ter1和WT進(jìn)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(biāo)記。我們首先通過單標(biāo)記方差分析對(duì)Ter1進(jìn)行初步遺傳分析，找到3個(gè)與表型緊密相關(guān)的標(biāo)記，其中2個(gè)標(biāo)記位于一號(hào)染色體bin1.09，1

5、個(gè)標(biāo)記位于三號(hào)染色體bin3.03。我們命名一號(hào)染色體的遺傳位點(diǎn)為Ter1-1，命名三號(hào)染色體的遺傳位點(diǎn)為Ter1-2。隨后，我們對(duì)一號(hào)染色體的遺傳位點(diǎn)Ter1-1進(jìn)行精細(xì)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(gè)注釋基因。
　　3.轉(zhuǎn)錄組分析:我們?cè)诮馄淑R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(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。兩組織中共檢測(cè)到755個(gè)差異表達(dá)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(dá)量都有顯著差異，同時(shí)對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO和KEGG功能富集。隨后，我們利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對(duì)定位區(qū)間內(nèi)的差異表達(dá)基因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)定位區(qū)段內(nèi)只有4個(gè)基因的表達(dá)量存在顯著差異。參照玉米參考基因組V4版本最新注釋，對(duì)這4個(gè)基因的功能進(jìn)行分析，其中一個(gè)基因注釋為脂肪氧合