玉米株高主效QTL qPH3精细定位、克隆及功能验证

Plant height is one of the most important trait in maize breeding and high correlated with yield and logging-resistant; then it is of great theoretical and practical significant to do the QTL/gene mapping and clone work via map-based clone. In the preliminary work, one major QTL, qPH3, was mapped in different environments which could explain about 17% phenotype variation. In this research, we hope to fine mapping qPH3 and clone the candidate gene via map-based clone; and do its functional analysis by genetic transformation. Expression analysis will be done by RNA-seq and screening the different expression genes, which will help us to find the regulation network of qPH3, combined all the results to elucidate the function and molecular mechanism of the qPH3, which also provide the merit gene resource for the genetic improvement of maize plant height.

玉米株高是一个重要的农艺性状，与抗倒伏性、产量高度相关；因此图位克隆株高QTL/基因并对其进行功能分析具有重要的理论意义和实践意义。课题组在前期研究中，在多个环境中稳定鉴定到一个贡献率较大的主效株高QTL，命名为qPH3；本项目拟通过qPH3目标区段大的跨叠系及次级跨叠系群体精细定位qPH3，利用图位克隆的方法克隆qPH3，在玉米中进行遗传转化分析其功能；通过在W2、qPH3-NIL、遗传转化后代阳性单株及阴性单株中qPH3的表达分析,明确其表达的组织部位;利用RNA-seq分析其差异基因及其参与的可能调控株高发育网络。研究结果不仅有助于解析玉米株高遗传机理，同时也为玉米株高的遗传改良提供有利基因资源。

玉米株高是一个重要的农艺性状，与抗倒伏性、产量高度相关；因此图位克隆株高QTL/基因并对其进行功能分析具有重要的理论意义和实践意义。课题组在前期研究中，在多个环境中鉴定到一个位于玉米第3染色体上遗传稳定且贡献率较大的主效株高QTL，命名为qPH3；本项目通过构建qPH3目标区段大的跨叠系及次级跨叠系群体，将qPH3精细定位在物理位置165.650-166.530区间、位于分子标记ym31-ym68之间约800kb范围内。该区间共有四个候选基因，Zm147，Zm856、Zm409及Zm679。对启动子及编码区的序列进行测序比对分析，发现Zm147，Zm856和Zm409在近等基因系W2和W2qPH3之间均无差异，而Zm679没有测通。进一步结合共表达分析和近等基因系W2和W2qPH3之间的转录组分析结果，鉴定到Zm679是qPH3区段内差异显著基因，且表达量较高，将其作为最重要候选基因。Zm679编码一个UDP-芹菜糖/UDP-木糖合成酶，其在拟南芥中的同源基因AXS已被报道参与纤维素生物合成过程，因此我们推测Zm679在W1中上调表达促进了细胞壁的形成，改变了细胞大小，进而增加了株高。Zm679的基因编辑材料及过表达材料正在遗传转化中，转化后代材料的获得，为进一步深入解析qPH3的生物学功能及调控株高机制提供重要材料。