CN105075856A

CN105075856A - 利用高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体选育双隐性纯合甜糯玉米杂交种的方法

Info

Publication number: CN105075856A
Application number: CN201510618794.2A
Authority: CN
Inventors: 黄云霄; 番兴明; 姚文华; 罗黎明
Original assignee: Institute Of Food Crops Yunnan Academy Of Agricultural Sciences
Current assignee: Institute Of Food Crops Yunnan Academy Of Agricultural Sciences
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明公开一种利用高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体选育双隐性纯合甜糯玉米杂交种的方法。所述高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体V240TB保藏号CGMCC？No.10410。用该高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体V249TB与普通糯玉米杂交，得到高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系。用两个高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系组配，得到比普通糯玉米含糖量高，比普通超甜玉米淀粉含量高且全部为支链淀粉的双隐性纯合甜糯玉米杂交种。本发明选育的高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系和杂交种综合了甜玉米和糯玉米各自的优点，甜度高、糯性好，籽粒外观一致，成熟度一致，同时种子发芽率达到普通玉米标准。

Description

利用高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体选育双隐性纯合甜糯玉米杂交种的方法

技术领域

本发明属于植物遗传育种技术领域，利用sh2基因型超甜玉米含淀粉较多的突变体，通过杂交导入糯玉米wx基因，选育含有淀粉较多的sh2基因和wx基因的双隐性纯合材料，最终选育出既比普通超甜玉米含有较多的支链淀粉，又比普通糯玉米含有较多糖分的双隐性纯合甜糯玉米杂交种。

背景技术

超甜玉米shrunken2基因：超甜玉米是与普通甜玉米(su基因型)相比较而言，其遗传背景较为复杂且有多种基因型(sh1、sh2、bt1、bt2)，其中最典型和实际玉米育种中利用最多的是隐性突变基因shrunken2。1953年Laughnan发现该突变基因，后定位于玉米第3染色体长臂上，据Smith(SmithAM,Thesythesisofthestarchgranule,AnnualReviewMolecularBiology,1997,48:67-87)的研究，Shrunken2基因编码ADP葡萄糖焦磷酸化酶的大亚基，因转座子的插入，Shrunken2基因突变为隐性shrunken2基因，使其编码酶的活性大大降低，淀粉合成过程受阻，造成胚乳内积累大量的还原性糖和蔗糖，总糖含量是普通玉米的10倍，甜度高，采收期长，是目前生产上主要利用的鲜食和鲜穗加工型的甜玉米类型，其籽粒表型为凹陷、不透明、无光泽以及顶部具有塌陷和大皱折的外貌。主要缺点是因为shrunken2基因WSP(水溶性多糖)和淀粉含量都比普通玉米、糯玉米和普通甜玉米低，所以种子发芽率较低，适口性也不如普通甜玉米和糯玉米。

糯玉米waxy基因：糯玉米是特用玉米的一个主要类型，是唯一一种起源于我国的特用玉米，是由于玉米第9染色体短臂上的第59位点Waxy基因发生隐性突变而形成。waxy基因编码一种60kd的蛋白质，能使颗粒凝结型淀粉合成酶GBSSI活性降低，其主要特点是不能合成直链淀粉，造成胚乳中的淀粉几乎100％为支链淀粉(普通玉米籽粒的淀粉大约70％是支链淀粉)，具有分子量小、消化率高、适口性好和营养丰富等特点，缺点是籽粒含糖量低，甜味不如甜玉米，采收期和保鲜期短，不利于长途运输。

双隐性甜糯玉米：Creech等(GrechRC.GeneticControlofCarbohydrateSynthesisinMaizeEndosperm.Genetics,1965,52:1175-1186)较早较全面地研究报导了玉米多隐性基因纯合体的遗传效应，其中包括多种甜、糯基因的组合，例如su1wx、su2wx、sh2wx等。国内郝小琴等(郝小琴，双隐性甜糯玉米的主要农艺及品质性状，作物学报，2003年，第29卷第3期，321-329)测定了超甜基因与糯基因(sh2wx)和普通甜基因与糯基因(sulwx)各种双隐性甜糯纯合体的有关生化特征，所得结果进一步证实了前人的研究----在淀粉总量方面普通甜玉米和超甜玉米基因都表现出较强的上位性，即籽粒中淀粉含量较少，糖分较高，籽粒外观表现为甜或超甜玉米类型；在淀粉成分方面糯基因(waxy)表现出上位性效应，即当糯基因(waxy)与其他的有关甜基因组合时籽粒中基本不再含直链淀粉；在含糖量方面，超甜双隐纯合体(sh2wx)的含糖量比原来(sh2基因型)有所增加，而普通甜双隐纯合体(sulwx)的含糖量则比原普通甜(su1基因型)低。因此普通甜玉米与糯玉米的双隐纯合体(sulwx)不能直接作为甜糯玉米加以利用。

最重要的是超甜sh2基因与糯玉米的双隐纯合体(sh2wx)虽然含糖量增加了，但是因为在淀粉总量方面sh2基因强的上位性效应，使得籽粒中过低的总淀粉含量使其在实际品尝中风味与sh2相近，并无糯性口感，waxy基因的糯性风味难以体现，同时因为超甜和糯玉米的双隐纯合体(sh2wx)的淀粉含量太低，甚至比普通sh2基因的超甜玉米都低，造成种子的发芽率也大大降低。因此目前普通的超甜和糯玉米的双隐纯合体(sh2wx)品种实际利用价值不大且育种难度高，这类甜糯玉米品种也尚未见报道。

异隐纯合体杂交的甜糯玉米：因为甜玉米基因对于糯玉米在淀粉含量上的上位性效应，双隐性甜糯玉米难以在实际中直接利用，有育种家便提出了异隐纯合体杂交的方法，具体是通过首先培育控制玉米胚乳性状的双隐性基因或更高的多隐性基因纯合体，再利用它们与不同的单或多隐性基因纯合体组配杂交种，最终能在同一果穗上使多个隐性基因得以同时表达。以超甜糯型玉米的杂交配组为例，用优良的糯玉米自交系(wx)和超甜糯双隐性自交系(sh2wx)互为父母本杂交,产生的杂交种基因型是Sh2sh2wxwx,种植后长出的果穗上1/4的籽粒是超甜型(sh2wx),3/4的籽粒是糯玉米类型(Sh2wx)，实现了甜玉米和糯玉米在同一果穗上的表达。优点是品质独特，同一果穗上既有甜玉米籽粒也有糯玉米籽粒，并可调节甜糯籽粒的比例。但是异隐纯合体杂交的缺点也较为明显，主要有以下几个方面：

1、作为亲本的双隐性系或三隐性系选育时间长，工作量大。从优良甜、糯纯合体的选择到新甜糯型组合的出现,区域试验、生产试验和品种的审定、大面积的扩繁，一般都要10年左右的时间。

2、双隐性系或三隐性系种子表现为甜玉米籽粒，种子干瘪皱缩，虽然总糖含量高于超甜玉米，但种子成熟后胚乳淀粉含量还要少于超甜玉米，所以发芽率低，种子出苗困难，增加了亲本繁殖和杂交制种过程中的技术难度。

3、因为糯玉米籽粒和甜玉米籽粒的主要成分不同，造成了两种籽粒的灌浆速度和成熟期的不同，带来了最佳收获期选择的困难，而且两种籽粒的成分差异较大，超甜籽粒糖分高，含水量大，淀粉含量少，糯籽粒则与之相反，糖分低，含水量少，淀粉含量(支链淀粉)多，果穗加工后可以直接看出两种籽粒的差异，视觉效果较差。

普通玉米淀粉含量一般为60％-70％，超甜玉米(sh2)基因型淀粉含量为15％-20％，因此可将籽粒淀粉含量高于30％的sh2基因型超甜玉米定义为高淀粉含量的超甜玉米突变体。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题有两个方面：1、超甜玉米籽粒可溶性总糖含量高，但淀粉含量少，发芽率低，如何提高超甜玉米的淀粉含量，并使其淀粉完全转化为支链淀粉，在保持可溶性总糖含量较高的情况下加入糯玉米支链淀粉的特殊风味和提高超甜玉米的适口性，同时也提高超甜籽粒的发芽率。2、鲜食糯籽粒支链淀粉含量高，适口性好，但可溶性总糖含量低，甜度差，如何在保持糯玉米支链淀粉的特殊风味的前提下提高糯玉米的可溶性总糖含量，提高糯玉米的甜度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

1、一种高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体(Zeamays)V240TB，其保藏号为CGMCCNo.10410。

2、选育高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系的方法，包括以下步骤：

(1)技术方案1所述高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体(Zeamays)V240TB(sh₂sh₂WXWX)×普通糯玉米杂交种(wxwxSh₂Sh₂)，得F₁(Sh₂sh₂WXwx)；

(2)F₁(Sh₂sh₂WXwx)自交得到9种不同的基因型的F2，分别为：Sh₂Sh₂WXWX、Sh₂Sh₂WXwx、Sh₂Sh₂wxwx、Sh₂sh₂WXWX、Sh₂sh₂WXwx、Sh₂sh₂wxwx、sh₂sh₂WXWX、sh₂sh₂WXwx、sh₂sh₂wxwx，并用F2的籽粒凹陷表型鉴定出隐性纯合sh2基因，鉴定出的隐性纯合sh2基因的基因型分别为：sh₂sh₂WXWX、sh₂sh₂WXwx、sh₂sh₂wxwx；

(3)将步骤(2)鉴定出来的sh₂sh₂WXWX、sh₂sh₂WXwx、sh₂sh₂wxwx的籽粒或花粉用含碘的碘化钾溶液染色，sh₂sh₂WXWX和sh₂sh₂WXwx基因型染色呈蓝黑色，双隐性纯合sh₂sh₂wxwx基因型籽粒或花粉染色呈红棕色，再将鉴定出的双隐性纯合sh₂sh₂wxwx基因型籽粒自交得到高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系(sh₂sh₂wxwx)。

3、选育高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米杂交种的方法，该方法包括用技术方案2获得的两个高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系杂交得到高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米杂交种。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、解决了普通鲜食糯玉米含糖量低，甜度不高的缺点。

2、解决了普通超甜玉米支链淀粉含量低，适口性较差，种子发芽率低的缺点。

3、解决了普通双隐性甜糯玉米因为甜基因的上位性效应造成的总淀粉含量低，无糯玉米口感的缺点。

4、解决了普通双隐性甜糯玉米因为淀粉含量太低，造成种子出苗率低的缺点。

5、本发明方法选育的高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系和杂交种综合了甜玉米和糯玉米各自的优点，甜度高、糯性好，籽粒外观一致，成熟度一致，同时种子发芽率可以达到普通玉米标准(85％以上)，是一种极具市场开发潜力的鲜食玉米新类型。

附图说明

图1为本发明选育高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系的技术路线图。

图2为普通超甜玉米sh2基因型典型籽粒图片。

图3为本发明高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体V240TB图片，其保藏号为CGMCCNo.10410。

图4为普通sh2基因型超甜玉米、本发明高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体V240TB和普通马齿型玉米果穗比较。

本发明所述的高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体(Zeamays)V240TB于2015年03月16日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称：CGMCC)，保藏号是CGMCCNo.10410，该高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体(Zeamays)V240TB的存活性于该普通微生物中心2015年03月16日检测为存活。该普通微生物中心地址：中国北京市朝阳区北辰西路1号院3号。邮编：100101，电话：010-64807355，传真：010-64807288。

具体实施例方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。各实施例无特殊说明为常规方法。

材料的来源：

1、超甜玉米杂交种V240是2004年是从我国的台湾省种子商店购买到的中晚熟超甜玉米杂交种。

2、云糯3号是从云南田瑞种业有限公司购买的普通糯玉米杂交种。地址：云南省昆明市官渡区经济技术开发区经邮路3号，邮编：650217。

实施例1

高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体(Zeamays)V240TB的获得：

自2004年夏季开始，将从台湾省引进的超甜玉米杂交种V240利用系谱选育法，经过4年8代连续自交得到(每年2代)，从自交第4代(S4)发现有籽粒皱褶不明显的表型分离，连续选择皱褶不明显的籽粒自交，到自交第8代(S8)综合性状稳定，经用近红外谷物成分分析仪方法检测其淀粉含量较普通超甜玉米高，其淀粉含量为41％。并命名为高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体V240TB，其保藏号为CGMCCNo.10410。

实施例2

选育高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系的方法，包括以下步骤：

(1)保藏号为CGMCCNo.10410的高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体(Zeamays)V240TB(sh₂sh₂WXWX)×普通糯玉米杂交种云糯3号(wxwxSh₂Sh₂)，得F₁(Sh₂sh₂WXwx)；

(3)将步骤(2)鉴定出来的sh₂sh₂WXWX、sh₂sh₂WXwx、sh₂sh₂wxwx的籽粒或花粉用含碘的碘化钾溶液染色，sh₂sh₂WXWX和sh₂sh₂WXwx基因型染色呈蓝黑色，双隐性纯合sh₂sh₂wxwx基因型籽粒或花粉染色呈红棕色，再将鉴定出的双隐性纯合sh₂sh₂wxw基因型籽粒自交得到高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系(sh₂sh₂wxwx)。

实施例3

用实施例2获得的两个高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系组配，就可以得到比普通糯玉米含糖量高，其总糖含量为10％以上，比普通超甜玉米淀粉含量高，其淀粉含量为40％以上，且全部为支链淀粉的高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米杂交种。

Claims

1.一种高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体(Zeamays)V240TB，其保藏号为CGMCCNo.10410。

2.选育高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)权利要求1所述高淀粉含量的sh2基因型超甜玉米突变体(Zeamays)V240TB(sh₂sh₂WXWX)×普通糯玉米杂交种(wxwxSh₂Sh₂)，得F₁(Sh₂sh₂WXwx)；

3.选育高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米杂交种的方法，其特征在于包括用权利要求2获得的两个高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米自交系杂交得到高淀粉含量的双隐性纯合甜糯玉米杂交种。