CN117802114A - Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用 - Google Patents
Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117802114A CN117802114A CN202410118803.0A CN202410118803A CN117802114A CN 117802114 A CN117802114 A CN 117802114A CN 202410118803 A CN202410118803 A CN 202410118803A CN 117802114 A CN117802114 A CN 117802114A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gene
- corn
- length
- spike
- genes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title claims abstract description 84
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 title description 3
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims abstract description 63
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims abstract description 63
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims abstract description 52
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims abstract description 52
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000009395 breeding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000003147 molecular marker Substances 0.000 claims abstract description 6
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 claims description 11
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 claims description 11
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 11
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 8
- 230000009418 agronomic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012364 cultivation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 24
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 6
- 210000000349 chromosome Anatomy 0.000 abstract description 5
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 abstract 1
- 108010029541 Laccase Proteins 0.000 description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 23
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 14
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 7
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 7
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 7
- 241000219194 Arabidopsis Species 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 5
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 5
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 5
- WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine hydrochloride Chemical compound Cl.ON WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 208000012886 Vertigo Diseases 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JLIDBLDQVAYHNE-YKALOCIXSA-N (+)-Abscisic acid Chemical compound OC(=O)/C=C(/C)\C=C\[C@@]1(O)C(C)=CC(=O)CC1(C)C JLIDBLDQVAYHNE-YKALOCIXSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108091062157 Cis-regulatory element Proteins 0.000 description 2
- FXXACINHVKSMDR-UHFFFAOYSA-N acetyl bromide Chemical compound CC(Br)=O FXXACINHVKSMDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000000540 analysis of variance Methods 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 102000054766 genetic haplotypes Human genes 0.000 description 2
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 2
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 2
- 241000219195 Arabidopsis thaliana Species 0.000 description 1
- 229930192334 Auxin Natural products 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical class [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229930191978 Gibberellin Natural products 0.000 description 1
- 238000010220 Pearson correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 240000003243 Thuja occidentalis Species 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- YBCVMFKXIKNREZ-UHFFFAOYSA-N acoh acetic acid Chemical compound CC(O)=O.CC(O)=O YBCVMFKXIKNREZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000012098 association analyses Methods 0.000 description 1
- 239000002363 auxin Substances 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000022131 cell cycle Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- FIMJSWFMQJGVAM-UHFFFAOYSA-N chloroform;hydrate Chemical compound O.ClC(Cl)Cl FIMJSWFMQJGVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- FCRACOPGPMPSHN-UHFFFAOYSA-N desoxyabscisic acid Natural products OC(=O)C=C(C)C=CC1C(C)=CC(=O)CC1(C)C FCRACOPGPMPSHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000000556 factor analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000030279 gene silencing Effects 0.000 description 1
- 230000007614 genetic variation Effects 0.000 description 1
- 238000012268 genome sequencing Methods 0.000 description 1
- IXORZMNAPKEEDV-UHFFFAOYSA-N gibberellic acid GA3 Natural products OC(=O)C1C2(C3)CC(=C)C3(O)CCC2C2(C=CC3O)C1C3(C)C(=O)O2 IXORZMNAPKEEDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003448 gibberellin Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- SEOVTRFCIGRIMH-UHFFFAOYSA-N indole-3-acetic acid Chemical compound C1=CC=C2C(CC(=O)O)=CNC2=C1 SEOVTRFCIGRIMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 101150044508 key gene Proteins 0.000 description 1
- 238000002789 length control Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- KJONHKAYOJNZEC-UHFFFAOYSA-N nitrazepam Chemical compound C12=CC([N+](=O)[O-])=CC=C2NC(=O)CN=C1C1=CC=CC=C1 KJONHKAYOJNZEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012257 pre-denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- ODLMAHJVESYWTB-UHFFFAOYSA-N propylbenzene Chemical class CCCC1=CC=CC=C1 ODLMAHJVESYWTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004853 protein function Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 238000003753 real-time PCR Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000013515 script Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 108700026220 vif Genes Proteins 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明属于农业生物技术领域，具体涉及一种Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用，具体的，所述Zm00001d042906基因的序列如SEQ ID NO:1所示，本研究通过利用穗长较短的温带玉米自交系Ye107为共同亲本，与5个穗长较长的亚热带玉米自交系杂交，构建了一个穗长差异显著的玉米多亲群体。利用GWAS分析发现位于3号染色体的与穗长显著相关的SNP，进而挖掘到调控穗长的功能基因Zm00001d042906，相关性分析表明果穗中段基因Zm00001d042906相对表达量在不同生长时期与木质素含量和穗长呈显著或极显著相关，证明了该基因在穗轴中段的细胞木质素合成中发挥作用，进而调控玉米穗长，本研究的结果为分子标记辅助育种选择长果穗玉米提供了理论依据。
Description
技术领域
本发明属于农业生物技术领域，具体涉及一种Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用。
背景技术
玉米果穗的长度决定了其承载的行粒数，而行粒数在玉米产量构成因素中对产量有最大的正效应(Alvi et al.2003)，因此，在育种中选择长果穗玉米是增加玉米产量的重要手段(Upadyayula et al,2006)。玉米穗长受多基因控制，目前已有许多控制玉米穗长的数量性状基因座(QTL)或候选功能基因被挖掘出来(Ross et al.,2006；Li et al.,2011；Chen et al.,2014；Wang et al.,2016；Yi et al.,2019；Ning et al.,2021)。然而，由于受到作图群体和标记类型等因素的影响，这些QTL和候选功能基因大多还缺乏更深入的研究。
热带亚热带玉米种质蕴含了许多温带玉米所缺乏的丰富的遗传变异，是玉米育种的重要种质资源。本研究以穗长差异明显的热带亚热带为主的6个玉米自交系构建了一个穗长多亲群体，这6个用作亲本的材料均为具有重要育种价值的自交系(Yin et al.,2022；Jiang etal.,2023)。从这6个亲本组配的群体中挖掘与玉米穗长紧密关联的功能基因并研究其作用机制，为分子标记辅助选择长果穗玉米提供理论依据。
发明内容
本发明的主要目的是挖掘与玉米穗长紧密关联的功能基因，为分子标记辅助选择长果穗玉米提供理论依据。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用，所述Zm00001d042906基因的序列如SEQ ID NO:1所示。
本发明还提供了Zm00001d042906蛋白在调控玉米穗长中的应用，所述Zm00001d042906蛋白为如SEQ ID NO:1所示的基因编码获得。
进一步的，本发明提供了一种产品，所述产品含调控序列如SEQ ID NO:1所示的Zm00001d042906基因的物质。
进一步的，所述产品为试剂盒。
进一步的，所述的产品在禾本科农作物分子标记辅助育种或改良禾本科农作物的农艺性状中的应用。
进一步的，所述农艺性状为：改变禾本科农作物木质素含量、改变禾本科植物穗长或提高禾本科农作物产量。
进一步的，所述禾本科植物为玉米。
本发明还提供了一种增加穗长的玉米培育方法，过表达玉米中Zm00001d042906基因或蛋白的表达量，所述Zm00001d042906基因序列如SEQ ID NO:1所示。
作为另一种实施方式，本发明提供了一种降低穗长的玉米培育方法，沉默、敲除或敲低玉米中的Zm00001d042906基因，所述Zm00001d042906基因序列如SEQ ID NO:1所示。应当能理解的是，增加玉米穗长固然可以增加玉米承载的行粒数从而提升玉米产量，但是在实践应用中，对玉米粒大小、数量等性状需求并不统一，故同样可以降低玉米穗长获得大颗粒玉米也是需求之一。
本发明达到的技术效果：
本研究通过利用穗长较短的温带玉米自交系Ye107为共同亲本，与5个穗长较长的亚热带玉米自交系杂交，构建了一个穗长差异显著的玉米多亲群体。利用GWAS分析发现位于3号染色体的与穗长显著相关的SNP，进而挖掘到调控穗长的候选功能基因Zm00001d042906，该基因注释为漆酶基因。同源性分析表明这两个漆酶基因很可能与木质素合成有关，即参与玉米的苯丙烷类物质代谢调控。相关性分析表明果穗中段候选基因Zm00001d042906相对表达量在不同生长时期与木质素含量和穗长呈显著或极显著相关，证明了该基因在穗轴中段的细胞木质素合成中发挥作用，进而调控玉米穗长，本研究的结果为分子标记辅助育种选择长果穗玉米提供了理论依据。
附图说明
图1由5个亚热带长果穗亲本与短果穗亲本Ye107构建的穗长差异显著的玉米多亲群体图；
图2.多亲群体表型和基因型分析图；(a)多亲群体在三个点的穗长表型正态分布；(b)三个环境的穗长GWAS分析结果。
图3.已有报到的玉米、水稻和拟南芥漆酶基因图。红、绿、蓝分别表示玉米、水稻和拟南芥漆酶基因。7个黑星指出的漆酶为已有报道与木质素合成相关的漆酶，红星为本研究鉴定的候选基因Zm00001d042906。
图4.MPP群体6个亲本不同生长时期的穗长、漆酶基因相对表达量、木质素含量、漆酶活性及过氧化物酶活性图。从左到右依次为Ye107，YML226，TML418，TRL02,CML312和CML373；橙色代表果穗顶端样本，紫色代表果穗中段样本；(a)各亲本在V9期、吐丝期和抽雄期的果穗长度，红虚线指示了顶端和中段取样位置；(b)各亲本在V9期、吐丝期和抽雄期的果穗顶端及中段Zm00001d042906相对表达量；(c)各亲本在V9期、吐丝期和抽雄期果穗顶端及中段的木质素含量；(d)各亲本在V9期、吐丝期和抽雄期果穗顶端及中段的漆酶活性。
图5.穗长(EL)、候选基因Zm00001d042906相对表达量(RE)、木质素含量(Lignin)和漆酶活性(LAC)相关性分析图；对角线右上方代表果穗顶端数据，对角线左下方代表果穗中段数据。*和**分别表示P<0.05和P<0.01显著；(a)(b)和(c)分别表示9叶期、抽雄期和吐丝期数据。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、生物材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1.1群体构建
本研究利用穗长较短的温带玉米自交系Ye107(穗长：8.0cm)为共同亲本，与5个穗长较长的亚热带玉米自交系杂交，再经7代自交，形成了由5个RIL群体组成的玉米穗长多亲群体(Multi-parental population，MPP)。多亲群体共包含共814个家系，其中，RIL_CML312、RIL_TRL02，RIL_TML418，RIL_CML373和RIL_YML226分别含有151、151、216、176和120个家系。6个亲本的系谱、生态类型和杂种优势类群信息列于表1。
表1构建多亲群体的亲本信息
1.2田间试验及表型数据分析
MPP群体于2021、2022年在中国云南省德宏(98°58’E,24°43’N)、景洪(100°78’E,22°00’N)和保山(99°16’E,25°11’N)三个地点种植，每个地点采用完全随机区组设计，每点两个重复。田间试验行长3m，每行14株，每2行为一个小区，行距0.70m，种植密度约为62112株/公顷。田间管理按当地标准进行。果穗成熟后，取每行中间10株玉米果穗记录穗长并求平均值。表型数据使用R软件(v3.2.2)进行正态性分析并用lme4软件包计算广义遗传力，计算公式：h＝Vg/(Vg+(Ve/L)，其中Vg为遗传方差，Ve为残差方差，L为环境数量。用Python中的Statsmodels库来进行多因素方差分析(ANOVA)。
1.3简化基因组测序及主成分分析
使用经改进的CTAB法从玉米幼苗叶片中提取基因组DNA(Stewart and Via,1993)。DNA浓度用Qubit定量并稀释至20ng/ml，用Poland等(2012)所述方法进行文库构建。利用IlluminaHiSeq测序平台进行双末端(Paired-End)150测序。下机的粗数据经质控获得clean data，通过BWA软件与玉米参考基因组Zm_B73_REFERENCE_GRAMENE_4.0比对，并用Genome Analysis Toolkit软件(McKenna et al.,2010)筛选出SNP(Jiao et al.,2017)。利用GCTA软件的-make-grm参数获取遗传关系矩阵(genetic relationship matrix，GRM)，用-pca3取前三个主成分进行PCA分析。
1.4全基因组关联分析及候选基因单倍型分析
用GWAS在MPP群体中进行穗长调控候选基因的挖掘。采用EMMAX软件包的混合线性模型进行GWAS分析，利用Plink计算显著性阈值(Jiang et al,2023)，鉴定与玉米穗长相关的SNP。利用popLD进行LD分析，计算群体连锁衰减一半的距离，以此在SNP上下游连锁衰减一半距离的范围内挖掘与穗长相关的候选基因。利用Haplotype Caller-based方法进行候选基因单倍型分析(Li et al.,2022)。
1.5候选基因同源性分析、进化树分析和顺式调控元件分析
利用BLAST(2.2.26)比对参数“-e 1e-07 -a 15 -F F -m 8”比对候选基因在拟南芥和水稻上的蛋白序列相似性关系，确定候选基因在拟南芥和水稻中的同源基因。采用OrthoMCL(http://orthomcl.org/orthomcl/)流程鉴定候选基因所属基因家族，通过Treebest软件(v1.9.2)进行1000次的bootstrap分析构建neighbor-joining tree，利用iTOL(Interaction Tree Of Life，https://itol.embl.de/)展示、注释和调整neighbor-joining tree。
使用软件SeqKit(V2.0.0)提取候选基因上游2000bp序列作为启动子序列，将序列提交至PlantCARE(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)进行顺式作用元件的预测，获得启动子元件后，对元件种类按照功能进行分类，最终选择abscisic acid、auxin、cell cycle、defense and stress、gibberellin、light、low-temperature、MeJA、MYB binding site、salicylic acid、wound共11类元件，使用脚本进行统计并将结果可视化。
1.6候选基因表达量与木质素含量和酶活性相关性分析
分别采集叶龄为9叶期、大喇叭口期和吐丝期的雌穗，记录穗长。在每个取样时期定义雌穗长度的10％和50％为雌穗顶端及中段并获取相应的穗轴组织来测定候选基因表达量、木质素含量、漆酶活性和过氧化物酶活性。
利用Tiangen SuperReal PreMix Plus(SYBR Green)试剂盒(Tiangen,Beijing)对候选基因在6个亲本自交系果穗顶端和中段的表达量进行荧光定量PCR反应，总反应体系20μL。对候选基因Zm00001d042906的表达用下列引物序列来识别：F-5’ATGGCGATCTCCTCTGCTCTT和R-5’TGCCTCGTGATGCCTTGC，反应程序设定为:95℃预变性3min；95℃变性20s，60℃退火延伸30s，共进行40个循环；在第二阶段的退火延伸(60℃)时段收集荧光信号。
木质素含量的测定参照Chen等(2018)的方法改进。将取得的玉米雌穗样品称重，取100mg组织放入离心管中，加4mL 80％(v/v)乙醇静置2h，12000rpm离心10分钟收集沉淀。加入4mL 80％(v/v)乙醇置于80℃水浴提取2小时，离心收集沉淀，加入4ml氯仿置于62℃水浴1小时，离心取沉淀，重复80％乙醇和氯仿水浴提取1次。沉淀置于烘箱60℃烘干2天。干燥物用3.6ml含25％(v/v)乙酰溴(acetyl bromide solution)的含2.7％(v/v)高氯酸的乙酸(acetic acid)置于70℃水浴1h，在每个样品中加入2ml由17.24％(v/v)2mol/L氢氧化钠和82.76％(v/v)乙酸组成的溶液，再加入0.15ml 7.5mol/L盐酸羟胺(hydroxylaminehydrochloride)终止反应。用分光光度计测量A280处的吸光度。根据标准曲线计算木质素含量。
用Solarbio公司的漆酶活性检测试剂盒(BC1630)和过氧化物酶活性检测试剂盒(BC0090)对样本中的漆酶和过氧化物酶活性进行测定，并按照蛋白浓度计算酶活性。蛋白浓度利用Solarbio公司Bradford蛋白浓度测定试剂盒(PC0010)由微孔酶标仪法测定。利用SPSS软件进行穗长、候选基因表达量、木质素含量和酶活性的皮尔森相关性分析。
2结果
2.1表型数据分析
表型调查表明，多亲群体各RIL子群体间穗长差异显著(图1)。通过对德宏、保山和景洪三点的穗长表型数据进行正态性分析，发现多亲群体在三点的表型分布均符合正态分布，可用于进行全基因组关联分析(图2a)。ANOVA分析表明，MPP穗长表型在不同地点间和不同RIL子群体间差异显著，但Loc×RIL差异不显著(表2)，相关性分析表明，各RIL群在三点间的spearman相关性为0.74-0.98(p<0.05)，说明玉米穗长虽然受环境影响，但其表型变异主要还是由基因型决定。
表2多亲群体在三个环境下的表型方差分析
Pr,概率.
2.2基因型及群体结构分析
经过滤，共有594,577个有效SNP分布于10条染色体上。其中，Chr1有最多数量的SNP(83599个)，而Chr10有最少数量的SNP(43750个)。全基因组范围来看，SNP的分布密度为281.11个/Mb，其中，标记密度最高的是Chr4(310.47个/Mb)，密度最低的是Chr5(260.27个/Mb)。
2.3GWAS分析及候选基因挖掘
用594,577个SNP进行玉米穗长GWAS分析，结果表明，不同环境下在玉米的10条染色体上均可检测到与玉米穗长显著相关的SNP(图2b)。计算得知群体连锁衰减一半的距离为50Kb，因此从鉴定出的SNP上下游50kb内挖掘与穗长相关的候选基因，发现3号染色体上的一个多环境一致性SNP可关联到基因Zm00001d042906(图2b)。
2.4候选基因同源性分析及功能预测
在NCBI检索得知，候选基因Zm00001d042906是一个类漆酶基因(laccase-like)。以候选基因Zm00001d042906为目标进行同源基因检测，发现该基因是在水稻和拟南芥中都高度保守的漆酶基因(表3)。漆酶基因在多种生物代谢过程中发挥作用，为明确候选基因编码的漆酶蛋白功能，我们利用目前报道的23个玉米漆酶基因、28个水稻漆酶基因及17个拟南芥漆酶基因构建了蛋白序列系统发育树，结果表明，所有漆酶主要分为5大簇，其中OsLac5,AtLac4,AtLac11和AtLac17等参与木质素合成的漆酶主要集中在簇1(Lafayetteet al.,1999；Zhao et al.，2013)，而簇Ⅲ中AtLac3，AtLac5和AtLac13等在最近的研究中发现它们与凯氏带的形成密切相关(Rojas-Murcia et al.2020)(图3)。本研究的候选基因Zm00001d042906(编号ZmLac3)与水稻和拟南芥中报道的调控木质素合成的漆酶基因聚为一簇(图3)，因此，推断本研究的候选功能基因参与了玉米木质素的合成。
表3候选基因Zm00001d042906同源性分析
2.5玉米果穗不同生长时期的漆酶基因相对表达量、木质素含量、漆酶活性及过氧化物酶活性分析
在玉米生长阶段的V9期、吐丝期和抽雄期对多亲群体的6个亲本进行取样(图4a)，并分别对雌穗顶端和中段组织中候选基因Zm00001d042906的相对表达量、木质素含量及漆酶活性性进行测定。结果表明，在玉米V9阶段，以Ye107为参考，候选基因Zm00001d042906在YML226中表达量最高，且除CML312外，其余亲本该基因在果穗中段的相对表达量均大于果穗顶端。到抽雄期，所有亲本中Zm00001d042906的相对表达量较V9时期均有提高，且除TRL02外，其余亲本中候选基因的相对表达量在果穗中段仍均大于果穗顶端。吐丝期，不同亲本中候选基因Zm00001d042906的相对表达量发生了不同变化，其中，TRL02、YML226和CML312果穗中段的Zm00001d042906相对表达量显著增加，与Ye107相比，分别达到了85.08倍、53.02倍和30.06倍(图4b)。我们计算了在V9,抽雄期,和吐丝期候选基因Zm00001d042906在6个亲本顶部和中部的表达量与同期穗长的相关系数，结果表明在V9，抽雄期和吐丝期果穗中段基因表达量与同期穗长的相关系数分别为r＝0.04，0.84(p<0.05)和0.82(p<0.05)，而在这3个时期果穗顶部的基因表达量与同期穗长没有相关关系(图5a，5b,5c)。这一结果强烈表明，候选基因Zm00001d042906在果穗中段表达量增加与玉米果穗在抽雄期和吐丝期的长度直接相关，证明这个基因是一个控制玉米穗长的基因。
木质素含量测定结果表明，在各个取样时期，Ye107果穗中木质素含量均为最低，而YML226木质素含量均为最高(图4c)。对所有亲本来说，同一取样时期，果穗中段的木质素含量高于顶端；随着果穗的生长，每个亲本相同部位木质素含量均呈稳定上升趋势(图4c)，在吐丝期达到最高。这一结果说明木质素在果穗形成过程中，在果穗顶端分生组织中含量较少，但随着穗轴的形成，木质素的累积也逐渐增加，穗轴变得坚硬。此外做了木质素含量与基因表达量的相关分析，我们发现在V9和抽穗期，木质素含量与基因表达量的相关系数分别为0.93(p<0.01)和0.82(p<0.05)，这个结果说明候选基因Zm00001d042906的相对表达量与木质素含量显著正相关(图5a,5b)。漆酶活性测定结果表明，所有亲本V9时期漆酶活性最高，且除Ye107外，其余5个亲本在V9时期果穗顶端漆酶活性均大于果穗中段，该结果说明漆酶在V9时期果穗顶端分生组织中活性最强。随着细胞分化、果穗生长，细胞中的漆酶活性迅速降低(图4d)。
对上述不同取样时期测定的候选基因相对表达量、木质素含量、漆酶活性及穗长进行皮尔森相关性分析，结果表明，果穗中段候选基因Zm00001d042906相对表达量与穗长成显著或极显著相关性，说明该基因是控制穗长的一个关键基因。此外在V9时期它与木质素含量极显著相关(图5a)，而在抽雄期与木质素含量显著相关(图5b)这说明Zm00001d042906主要在玉米果穗中段的细胞中参与木质素合成，从而影响玉米穗长。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用，其特征在于，所述Zm00001d042906基因的序列如SEQ ID NO:1所示。
2.Zm00001d042906蛋白在调控玉米穗长中的应用，其特征在于，所述Zm00001d042906蛋白为如SEQ ID NO:1所示的基因编码获得。
3.一种产品，其特征在于，所述产品含调控序列如SEQ ID NO:1所示的Zm00001d042906基因的物质。
4.根据权利要求3所述的产品，其特征在于，所述产品为试剂盒。
5.根据权利要求3或4所述的产品在禾本科农作物分子标记辅助育种或改良禾本科农作物的农艺性状中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述农艺性状为：改变禾本科农作物木质素含量、改变禾本科植物穗长或提高禾本科农作物产量。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述禾本科植物为玉米。
8.一种增加穗长的玉米培育方法，其特征在于，过表达玉米中Zm00001d042906基因或蛋白的表达量，所述Zm00001d042906基因序列如SEQ ID NO:1所示。
9.一种降低穗长的玉米培育方法，其特征在于，沉默、敲除或敲低玉米中的Zm00001d042906基因或蛋白，所述Zm00001d042906基因序列如SEQ ID NO:1所示。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410118803.0A CN117802114B (zh) | 2024-01-29 | 2024-01-29 | Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410118803.0A CN117802114B (zh) | 2024-01-29 | 2024-01-29 | Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117802114A true CN117802114A (zh) | 2024-04-02 |
| CN117802114B CN117802114B (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=90433334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410118803.0A Active CN117802114B (zh) | 2024-01-29 | 2024-01-29 | Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117802114B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110126316A1 (en) * | 2008-05-01 | 2011-05-26 | Academia Sinica | Use of rice polypeptides/nucleic acids for plant improvement |
| CN108624604A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-10-09 | 国际竹藤中心 | 毛竹漆酶基因PeLAC190及其应用 |
| CN111471697A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-31 | 西南大学 | 水稻脆杆调控基因dbc2及其应用 |
| CN111534537A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-08-14 | 中山大学 | OsLAC20基因在提高水稻产量中的应用 |
| US20220154199A1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-05-19 | University Of North Texas | Recombinant lac polynucleotides and uses thereof to increase production of c-lignin in plants |
| CN117051022A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-11-14 | 西北农林科技大学 | 一种小麦TaLAC129基因及其编码蛋白质和应用 |
-
2024
- 2024-01-29 CN CN202410118803.0A patent/CN117802114B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110126316A1 (en) * | 2008-05-01 | 2011-05-26 | Academia Sinica | Use of rice polypeptides/nucleic acids for plant improvement |
| CN108624604A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-10-09 | 国际竹藤中心 | 毛竹漆酶基因PeLAC190及其应用 |
| CN111471697A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-31 | 西南大学 | 水稻脆杆调控基因dbc2及其应用 |
| CN111534537A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-08-14 | 中山大学 | OsLAC20基因在提高水稻产量中的应用 |
| US20220154199A1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-05-19 | University Of North Texas | Recombinant lac polynucleotides and uses thereof to increase production of c-lignin in plants |
| CN117051022A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-11-14 | 西北农林科技大学 | 一种小麦TaLAC129基因及其编码蛋白质和应用 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| GENBANK: ""Zea mays cultivar B73 chromosome 3, Zm-B73-REFERENCE-NAM-5.0, whole genomeshotgun sequence，NC_050098.1"", 《GENBANK》, 1 September 2020 (2020-09-01), pages 1 - 2 * |
| JORAM KIRIGA WAITITU ET AL.: ""Transcriptome Analysis of Tolerant and Susceptible Maize Genotypes Reveals Novel Insights about the Molecular Mechanisms Underlying Drought Responses in Leaves"", 《INT. J. MOL. SCI.》, vol. 22, 29 June 2021 (2021-06-29), pages 17 * |
| YAQI BI ET AL.: ""Identification of a novel marker and its associated laccase gene for regulating ear length in tropical and subtropical maize lines"", 《THEORETICAL AND APPLIED GENETICS》, vol. 137, no. 94, 5 April 2024 (2024-04-05), pages 1 - 14 * |
| 梁航宇 等: ""基于F1群体的玉米株高与穗位高的全基因组关联分析"", 《西北农业学报》, vol. 32, no. 12, 31 December 2023 (2023-12-31), pages 1879 - 1887 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117802114B (zh) | 2024-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Analysis of genetic architecture and favorable allele usage of agronomic traits in a large collection of Chinese rice accessions | |
| CN106470544A (zh) | 果实产量提高的瓜植株 | |
| Zhang et al. | A transposable element insertion within ZmGE2 gene is associated with increase in embryo to endosperm ratio in maize | |
| Blair et al. | Construction and EST sequencing of full-length, drought stress cDNA libraries for common beans (Phaseolus vulgaris L.) | |
| WO2021121209A1 (zh) | 水稻抗褐飞虱基因Bph37、蛋白、载体、宿主细胞、分子标记、方法及应用 | |
| CN113186200B (zh) | 一对控制西瓜卷须有无和侧枝多少的基因ClTFL/Cltfl1及用途 | |
| CN112280785B (zh) | 甘蓝型油菜BnMAPK2基因的应用及方法 | |
| CN103834647B (zh) | 小麦矮杆基因RhtDC20紧密连锁的SSR标记Xgwm537及其用途 | |
| CN116121292B (zh) | 一种水稻myb转录因子及其编码蛋白的应用 | |
| CN117802114B (zh) | Zm00001d042906基因在调控玉米穗长中的应用 | |
| CN113774043B (zh) | 一种控制水稻颖壳色彩性状的相关蛋白及其编码基因 | |
| CN107287278B (zh) | 重组核酸片段RecCR010169及其检测方法 | |
| CN108315463B (zh) | 用于检测玉米1768基因的引物组及其应用 | |
| Gong et al. | Construction of a high-density genetic linkage map and identification of flowering-related QTL in erect milkvetch (Astragalus adsurgens) | |
| CN106480061B (zh) | 重组核酸片段RecCR023411及其检测方法 | |
| Chen et al. | Resequencing of white jute (Corchorus capsularis L.) provides insights into genome diversity, population historical dynamics, and improvement | |
| CN111518810B (zh) | 玉米zma-miR164e及其靶基因在调控籽粒大小中的应用 | |
| JP7493802B2 (ja) | ナス科植物における可食部への同化産物分配量の調節に関与する遺伝子及びその利用 | |
| CN111560461B (zh) | 与甘蓝型油菜第一分枝高度性状紧密相关的主效qtl位点及snp分子标记及应用 | |
| Li et al. | Whole‐genome sequencing of a worldwide collection of sugarcane cultivars (Saccharum spp.) reveals the genetic basis of cultivar improvement | |
| CN102399800A (zh) | 青藏高原野生大麦HsCIPK5基因 | |
| CN107988213B (zh) | 水稻基因组重组核酸片段RecCR020428及其检测方法 | |
| CN107988217B (zh) | 水稻基因组重组核酸片段RecCR020272及其检测方法 | |
| CN115029356A (zh) | 一种水稻硝酸盐诱导蛋白基因OsNOI4的基因工程应用 | |
| Chen et al. | Mapping of Candidate Genes for Nitrogen Uptake and Utilization in Japonica Rice at Seedling Stage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |