玉米新型矮化突变体的分子机理研究

合理株型是作物高产的生育基础和形态特征，其中矮生性状对玉米理想株型和产量形成具有特别的意义。本课题组在玉米（综3和87-1）的重组自交系群体中鉴定出一个的植株和穗位高度矮化，新型矮化突变体RIL88。利用图位克隆技术已经获得控制该性状的侯选基因。本项目利用已经得到的新型矮化突变体和矮化侯选基因，结合拟南芥同源基因的突变体，采用GUS报告基因、原位杂交技术、过量与抑制表达技术、基因芯片技术以及同位素标记激素测定技术，挖掘玉米矮化突变基因的分子基础，分析该矮化基因功能，生长素等激素和光调控的机制与作用方式。为理解玉米株高发育的分子机理与培育适宜株型奠定理论基础。

玉米株型的遗传改良以及高产群体结构建成因素中，株高始终是一个影响最大最明显的引发研究者极大关注和兴趣的一个性状。长期以来，玉米矮化突变体作为遗传改良的种质资源利用始终不理想，原因就在于已有的矮源大多过于矮化，严重影响产量，因此难于应用到实际品种改良中。本项目从我中国农业大学国家玉米品种改良中心原主任李建生教授，筛选发现的一株温和矮化新的玉米突变体入手，分析研究清楚其矮化的遗传与分子机制，以便进一步应用到构建玉米高产株型和优良群体结构的品种改良中。项目与李建生教授合作，计划借助拟南芥的分子研究平台，研究分析导致这株新型玉米矮化突变体的遗传位点或基因如何引发玉米发育成矮化突变体的及其分子机制。研究结果如下：（1）定位的QPH1基因为玉米Br2基因的新等位基因，编码的蛋白质含有1379个氨基酸，含有两个跨膜结构域和两个ATP结合区。克隆了该基因上游1kb的启动子区域，序列分析表明该区域含有光响应元件、激素响应元件等相关顺式作用元件。（2）通过PromoterQPH1::GUS以及Real-time PCR分析，表明QPH1基因主要在玉米的根、茎、叶器官中表达，并且两个玉米材料在不同部位的基因表达量并没有显著差异；亚细胞定位表明QPH1编码的蛋白定位在细胞膜上。采用[3H]IAA同位素示踪法测定生长素运输量表明qph1突变体材料生长素运输量降低程度小于br2的无意突变体。（3）采用点突变将自然突变SNP5259予以恢复，将恢复突变mqph1构建过量表达在拟南芥atpgp1突变体和玉米qph1突变体RIL88材料中，结果表明过量表达mqph1可以部分恢复拟南芥突变体在下胚轴长度、株高以及生长素运输量方面的缺陷，其恢复程度和QPH1基因相当，但好于qph1基因。转基因玉米也表现出了茎部粗壮，株高明显增高的表型。证实了SNP5259确实为qph1影响株高的功能位点。.玉米植株矮化基因BR2在拟南芥中有两个同源基因APGP1和AtPGP19(其对应突变体也称Atmdr1)，上述结果是以Atpgp1突变体为平台。 对于Atmdr1, 用上述突变基因qph1、对照以及其定点恢复突变基因mqph1，分别转化atmdr1。分析QPH1基因在拟南芥突变体atmdr1的互补功能，尤其是一个SNP变异所引发的QPH1调控株高发育的分子机制，结果也证明了前期研究预测的功能位点SNP5259。