玉米穗粗杂种优势位点的鉴定与候选基因克隆

Utilization of heterosis is an important method for improving yield and quality in many crops. Although heterosis has been widely used in agricultural production,its genetic basis is still unclear. To dissect the genetic basis of heterosis, a set of SSSL population derived from two elite inbred lines of maize,lx9801 and Chang 7-2,were used. A chromosomal region containing a heterotic loci of ear diameter was identified by comparing phenotype of the cross between SSSL and inbred line Zheng58 with control hybrid of ludan9002. In this study, the different back cross populations derived from the SSSLs and recurrent parent of lx9801 were used to clone the heterotic gene of ear diameter. Molecular marker development, sister chromatid exchanging plant selection, crosses phenotype identification, and BAC library sequencing, will be used to fine map and clone the candidate gene for ear diameter.Meanwhile, the genetic basis of ear diameter heterosis will be dissected by analyzing the expression model of the candidate gene using crosses with different alleles.This study can provide both a experimental data for dissecting the genetic basis of heterosis and a theoretical evidence for crop breeding.

杂种优势利用是提高农作物产量与品质的一种重要途径，在农业生产上得到了广泛应用，但迄今为止人类对杂种优势形成的遗传机理还知之甚少，其关键问题在于杂种优势遗传机理的复杂性导致极少有杂种优势的基因被克隆。课题组前期利用一套玉米自交系lx9801背景的昌7-2单片段代换系为材料，通过与自交系郑58杂交组合及对照杂交种的比较分析，鉴定出一个控制玉米穗粗杂种优势的染色体片段。本研究拟在前期研究基础上，利用该材料与轮回亲本lx9801不同世代的回交群体，通过分子标记开发、交换单株筛选、杂交组合的鉴定等方法获得包含候选基因的最短染色体片段，实现对候选基因的精细定位，然后通过BAC文库序列分析确定可能的候选基因，再利用候选基因在包含不同等位基因杂交组合的表达分析，剖析玉米穗粗单基因水平上杂种优势形成的遗传机制。该研究不但可以为解释杂种优势形成的分子机制提供试验证据，同时为农作物遗传改良和新品种选育提供依据。

杂种优势利用是提高农作物产量与品质的一种重要途径，在农业生产上得到了广泛应用，但迄今为止人类对杂种优势形成的遗传机理还知之甚少。本研究在利用课题组已经鉴定完成的一个控制玉米穗粗杂种优势的染色体片段，通过回交分离群体构建、分子标记开发、交换单株筛选、杂交组合的鉴定等方法将候选区间定位在490kb的范围内，确定了8个候选基因，其中1个为富含半胱氨酸蛋白前体家族基因，1个FYVE锌指结构蛋白RCC1基因，1类非典型的ACR YggU家族COG18721蛋白基因，1个已被克隆的苹果酸脱氢酶（imd-2）基因，1种多肽重复序列结构域蛋白，一类编码含有F-box结构域的蛋白的基因以及2个未知功能的基因。取含有杂种优势位点的测交组合与对照组合分化中的雌穗样品进行RNA-seq、miRNA、代谢组测序，通过不同表型差异的两个杂交组合的测序信息分析出与调控穗粗杂种优势位点相关的miRNA。miRNA测序共获得763个miRNA，其中有241个与已报道的玉米miRNA相符，分属于32个miRNA家族并发现新miRNA249个。差异表达的miRNA对两个组合中的靶基因有显著的调控作用，通过筛选miRNA与靶基因之间的互作关系，KEGG富集分析结果显示可能是RNA转运过程影响两个组合的雌穗发育从而引起穗粗表型的差异。