玉米粒重主效QTL qGW1近等基因系的构建及精细定位

粒重是决定玉米产量的重要因素之一，具有典型的数量遗传特征，研究控制其遗传的基因位点具有重要的理论和实际应用价值。本项目在课题组以往研究定位控制百粒重主效QTL qGW1，并验证其具有遗传背景和环境稳定性的基础上，通过分子标记对目标区段和遗传背景进行跟踪选择，构建qGW1的近等基因系；利用含有杂合目标片段的近等基因系构建不同的回交高代分离大群体；选择粒重较大的分离群体单株，分别利用两侧与qGW1连锁分子标记筛选获得交换单株；根据已经公布的玉米基因组序列，在qGW1定位区域内进一步发展并筛选新的分子标记，逐步逼近目标位点，将qGW1定位在小于0.2Mb的范围内；结合玉米基因组序列、禾本科作物间共线性和基因注释等生物信息资源对定位区域作基因功能预测和基因功能分析，并对候选基因作初步分子检测。本研究将为qGW1的图位克隆及研究玉米粒重的分子生物学奠定材料基础，同时也为改良粒重进而提高产量提供依据。

粒重是决定玉米产量的重要因素之一，具有典型的数量遗传特征，研究控制其遗传的基因位点具有重要的理论和实际应用价值。课题组以粒重较大的玉米自交系8622为供体亲本，以粒重较小的玉米自交系GY220为轮回亲本，通过回交或自交，并应用分子标记对目标区段和遗传背景进行跟踪选择，分别获得BC4F1、BC4F2、BC5F1、BC5F2、BC6F1、BC6F2、BC6F3及BC7F1等一套粒重QTL qGW1近等基因系的衍生群体，成为具有自主知识产权的研究材料，为今后开展qGW1的图位克隆、功能分析等创新性研究搭建了材料平台。利用qGW1近等基因系分别构建了包含1560个单株的BC4F2群体，包含2122个单株的BC5F2群体，包含2756个单株的BC6F2群体等分离群体，并从这些群体中分别筛选到7、11、15个交换单株，利用交换单株当代及后代的田间表型，结合基因型结果，逐步对qGW1进行精细定位；根据最新公布的玉米基因组序列，采用SSRhunter软件搜索目标区段内BAC序列中的SSR位点，获得的单拷贝或低拷贝序列，利用软件Primer 5.0进行引物设计，在目标区域内共开发出116对SSR标记，筛选到双亲间具有多态性SSR标记14对，用于对交换单株进行基因型检测，逐步逼近目标位点，实现对粒重QTL qGW1的精细定位，将目标区域限定在分子标记SSRB95-2和umc1754之间，物理距离为1.12Mb；利用生物信息学方法，对1.12Mb区间内基因组序列进行基因注释，在该区间内共预测到30个功能基因，其中有4个基因的功能可能与籽粒发育相关。根据玉米qGW1区与水稻、高粱的基因水平共线性，在高粱第8染色体和水稻第12染色体上存在3个共线性基因，其中一个基因（GRMZM2G400268）编码具有C3HC4型结构域的锌指蛋白，在水稻（GW2）、小麦（TaGW1）中已经报道该类型基因影响籽粒粒宽，进而影响粒重。因此，推断编码C3HC4型结构域的锌指蛋白基因（GRMZM2G400268）为qGW1的候选基因。基于本研究内容已投稿SCI论文1篇，本项目最终研究结果的论文正在撰写中，预期发表在影响因子2.0以上的SCI期刊上。本研究创建了可以深入研究玉米粒重的材料平台，对粒重主效QTL qGW1进行了精细定位，初步推断候选基因为编码C3HC4型锌指蛋白基因，为进一步揭示玉米籽粒形成的分子生物学