優(yōu)質蛋白玉米分子標記輔助選擇及opaque-2基因功能分析.pdf

1、玉米(Zea mays L.)是重要的糧食、飼料作物,但玉米籽粒蛋白質缺乏必須氨基酸,尤其缺乏賴氨酸和色氨酸,從而限制了其營養(yǎng)價值。Opaque-2突變基因(o2)可以顯著提高籽粒賴氨酸和色氨酸含量,利用o2突變體是優(yōu)質蛋白玉米(QPM)育種的主要途徑。由于我國QPM種質基礎狹窄,限制了QPM在我國的發(fā)展。迄今,許多學者已對QPM的遺傳學及生物學基礎開展了較多的研究,初步闡明了o2基因的功能和相關生物學基礎,但這些理論仍不能滿足QPM育

2、種的需要。因此,本研究利用分子標記輔助選擇技術把o2基因導入到不同遺傳背景的普通玉米自交系,擴增我國QPM種質的基礎。主要對分子標記輔助選擇方法和o2基因在不同遺傳背景下的功能進行研究,同時還對賴氨酸含量與籽粒性狀進行了通徑分析。主要研究內容、方法和結果如下:
　　 1、本研究選用CA335、CA339、魯2548和齊205等四個國內QPM自交系為o2基因供體,對o2基因的編碼序列分析表明,四個自交系屬于兩類o2等位基因,CA3

3、35和CA339屬于一類,魯2548和齊205另一類。兩類o2等位基因作為o2基因供體,利用phi057標記選擇效果差異較大,CA335和CA339為供體,77份普通玉米為受體構建成功了45份o2近等基因系(NILs);而以齊205和魯2548為供體,11份普通玉米為受體未能成功構建o2NILs。
　　 2、Phi057、umc1066和phi112三個o2特異性SSR標記中,phi057在普通玉米和QPM自交系間的多態(tài)性最好。

4、利用AFLP和SSR標記對14份o2 NIL與其輪回親本的遺傳相似性及o2基因所在的7.01區(qū)段的供體片段的分析結果表明,利用phi057輔助選擇,回交各代只須種植20株左右的群體,且無需利用分子標記進行遺傳背景選擇,回交5代左右即可獲得遺傳相似性較高(95％左右)的o2NILs。但是,o2 NILs在o2基因附近仍包含部分供體親本的染色體片段。
　　 3、比較分析了14份o2近等基因系與輪回親本的籽粒性狀、胚乳醇溶蛋白(Zei

5、n)的積累和籽粒超微結構的差異。結果表明,o2基因除可以提高籽粒賴氨酸含量和油分含量、降低籽粒硬度和密度外,還具有增大胚(p=0.001)、提高胚比(p=0.0002)和降低淀粉含量(p＜0001)等功能,但是粗蛋白含量(p=0.0566)和胚乳重差異不顯著(p=0.3564)。醇溶蛋白的SDS-PAGE分析表明,所有o2 NILs材料的醇溶蛋白合成均發(fā)生了變化,19-kD和22-kDα-zein合成顯著降低,22-kDα-zein的合

6、成受到強烈抑制,27kDγ-zein的合成基本沒有變化。掃描電鏡對籽粒超微結構的觀察顯示,與普通玉米比,o2NILs的淀粉粒多為圓形,淀粉粒排列疏松,淀粉粒表面沒有基質蛋白包裹,或僅有少量的基質蛋白;電鏡觀察還發(fā)現(xiàn),普通馬齒型玉米的粉質部分與不透明的o2突變體也有差異,區(qū)別在于普通玉米的粉質部分仍有較多的基質蛋白。賴氨酸含量的高低可能與籽粒類型沒有直接的聯(lián)系,而主要受醇溶蛋白量的影響。
　　 4、通過分子標記選擇技術把o2基因導

7、入到不同遺傳背景的普通玉米自交系中,發(fā)現(xiàn)一些o2 NILs的賴氨酸含量和其它籽粒性狀均存在一定的可變性。值得注意的是,本研究發(fā)現(xiàn)兩個o2 NILs(丹598o2和遼2345o2)的籽粒賴氨酸含量沒有提高。SDS-PAGE的分析表明o2基因對這兩個自交系的醇溶蛋白合成影響較小,兩個o2 NILs與其它賴氨酸含量提高的o2 NILs F1賴氨酸含量的分析結果表明,可能存在著未知因素對籽粒賴氨酸含量起重要作用。這種o2玉米既不同于高賴氨酸玉米

8、也不同于QPM,為了和普通玉米區(qū)別建議稱之為o2非高賴氨酸玉米,新發(fā)現(xiàn)有利于研究和完善o2基因的功能。
　　 5、利用28份自交系對籽粒賴氨酸含量和籽粒性狀的相關和通徑分析表明,油分、胚重和胚比與賴氨酸含量呈顯著的正相關,淀粉含量、密度、胚乳重和胚乳硬度量呈顯著的負相關,百粒重和粗蛋白含量與賴氨酸含量相關不顯著。各籽粒性狀對賴氨酸含量的直接影響力大小依次為胚比＞胚重＞胚乳重＞胚乳硬度等級＞密度＞油分＞淀粉含量＞百粒重＞粗蛋白含量