玉米穗粒腐病抗病QTL的精细定位及候选基因分析

Maize ear rot is a kind of ear disease caused by fungi, which can directly cause grain yield losses. In addition, the damage from ear rot is due to the contamination of the grain with mycotoxins. Breeding practice showed that the most efficient way to prevent disease is to looking for resistance genes. In this study, single segment substitution line (SSSL) will use as materials. The experiment purpose is to develop polymorphic markers by Specific Length Amplified Fragment Sequencing (SLAF-seq)，develop and prove the markers for ear rot resistance,fine-mapping the genomic regions which closely related with the ear rot resistant after do the correlation analysis of resistance trait and markers based on the different resistance levels of SSSL,we will also screen and analysis the candidate gene in the regions. All the researches above is to create the basic knowledge needed to cloning and function identification of resistance genes. It is of great interest to develop high resistant maize lines.

玉米穗粒腐病，是玉米穗部病害中的一种真菌性病害，病害的发生对玉米的产量和质量危害巨大，育种实践表明发掘和利用抗病基因、培育抗病品种是最经济有效的防治方法。本项目拟在前期研究的基础上，以染色体单片段导入系为研究材料，利用简化基因组测序技术开发多态性分子标记；开发抗穗粒腐病的特异分子标记并利用收集的抗/感病种质资源进行验证；基于导入系抗病性差异进行抗病性状和标记间的相关性分析，精细定位与目标性状紧密相关的基因组区段；挖掘基因组区段内可能的基因并进行功能注释，进而为抗病基因的克隆和功能标记的开发奠定基础，对加快玉米高抗品种的培育，确保玉米生产的平稳、持续发展具有重要意义。

穗粒腐病是危害玉米产量和质量的重大病害，其抗性机制复杂，受环境因素影响大。目前仅进行了QTL的初步定位，定位的置信区间较大，严重制约了玉米穗粒腐病抗病育种。本研究以玉米染色体片段代换系为材料，利用Illumina测序平台和简化基因组测序（SLAF-seq)技术对供试材料进行测序：（1）共获得2.2Gb的原始数据，包含了15076076个序列片段，在剔除低深度的SLAF标签后，获得9569477个高质量的SLAFs。（2）在SLAFs中，共得到6866个多态性分子标记。通过质量控制和筛选，从中得到1845个两亲本之间存在差异且均为纯合的标记，其中包括1642个SNP 标记，157个插入缺失标记，46个酶切位点突变。基于这1845个标记，确定了代换系的基因型来源，并绘制基因型来源分布图。（3）根据3个代换系的基因来源分类，在1号、3号和6号染色体上分别确定了1个富集供体基因型的区域，且3个代换系其它染色体区段的基因型基本与受体亲本一致。这结果表明，这3个区段内的差异是造成材料间出现抗性差异的根本原因，因此，推测在这3个区段内存在与玉米穗粒腐病抗性相关的基因。（4）在3号（189903872-194479977bp）和6号染色体（94888892-97010139bp）的候选区段内开发特异性分子标记，然后通过PCR进行检测，最终在3号染色体上获得的5个有效标记，而在6号染色体上获得4个有效标记。这些标记在5个材料中的多态性均与测序结果相符。（5）通过对候选区段内基因的功能注释、表达谱和保守结构域分析，我们发现在3号和6号染色体上的抗性区间内分别含有104和49个基因。在3号和6号染色体抗性区间内的基因中，分别有29和8个候选基因在穗部中高量表达。在这37个候选基因中，6个基因（GRMZM2G096920、GRMZM2G052365、GRMZM2G078576、GRMZM2G014119、GRMZM2G062373和GRMZM2G089944）编码的蛋白具有与抗病相关的保守结构域，通过荧光定量PCR验证了GRMZM2G062373和GRMZM2G089944这两个基因都受到穗粒腐病的诱导上调表达。由此表明这两个基因很可能在抗穗粒腐病过程中起着重要的作用。本研究中发掘的抗病基因位点、开发的分子标记以及筛选到的抗病候选基因对抗穗粒腐病玉米育种具有重要的作用。