玉米光周期敏感性主效QTL qDPS9的精细定位与候选基因克隆

光周期敏感性是热带玉米种质利用的主要限制因素。利用温热组合衍生的重组自交系群体，对玉米光周期敏感性的定位结果表明，主效QTL位于第10染色体的10.04区域和第9染色体的9.05区域。10.04区域的主效QTL qDPS10的精细定位已基本完成，目前正在进行候选基因的功能验证。本项目拟对9.05区域的主效QTL qDPS9进行精细定位和候选基因克隆，主要开展以下工作：1.在大规模分离群体中，筛选重组单株，在目标区域内开发分子标记，逐步缩小目标区域，实现对qDPS9的精细定位；2.利用生物信息学方法，预测候选基因，检测双亲及近等基因系间候选基因的序列差异，确定并克隆候选基因；3.应用实时荧光定量PCR技术，研究qDPS9候选基因的时空表达规律，推测该基因在光周期途径中的功能。本研究将为热带玉米种质的合理利用以及分子标记辅助选择提供理论依据，对揭示玉米光周期敏感性的分子遗传机制具有重要意义。

利用选育的玉米光周期敏感性主效QTL qDPS9的近等基因系，构建了大规模的分离群体，完成了对BC5F1、BC6F1、BC7F1单株的基因型检测，筛选了交换单株，对交换单株衍生的BC5F2、BC6F2、BC7F2群体在长日照环境下进行田间敏感性鉴定，同时通过生物信息学分析方法，在目标区域内共筛选15对多态性SSR标记，用于对交换单株进行基因型检测，逐步实现了对 qDPS9的精细定位，最终将目标区域限定标记SSR161和SSR398之间，两个标记间的物理距离为116.6kb。然后通过生物信息学的方法，用Fgenesh 软件对区间内的序列进行基因预测，结果表明目标区域内有4个编码蛋白的基因，全部有EST支持，都是真实表达的基因。在NCBI中将所预测的蛋白质序列进行Blastp，查看同源蛋白的功能。结果显示3个基因功能未知，或与开花调控无关。候选基因DPS9-4 的mRNA序列有2100bp,包含9个外显子，编码699个氨基酸，在拟南芥、高粱、小麦、二穗短柄草、水稻、狗尾草等植物中均存在该ORF所编码蛋白的同源蛋白，该蛋白属于APRRs家族蛋白，含有两个重要的结构域：位于N端的REC结构域和位于C端的CCT结构域。REC结构域是个信号接收结构域，含有能被磷酸激酶磷酸化的磷酸接受位点，能接收来自于两组分系统的信号，在生物应答调节方面发挥重要作用。CCT结构域在不同物种中保守的存在，是一段编码43-45个氨基酸的核定位序列，能介导蛋白质之间的互作，在植物开花调控中发挥重要作用，因此将DPS9-4确定为首要的候选基因，定名为ZmPRR73。项目组成功克隆了该基因，结果表明ZmPRR73的CDS序列全长2301bp，ORF阅读框编码一条766个氨基酸残基的肽链。第86-201个所在区域的氨基酸残基形成一个REC结构域, 第649-673个所在区域的氨基酸残基形成一个CCT结构域。玉米ZmPRR73基因的氨基酸序列与与高粱,狗尾草、水稻和小麦的同源序列有着较高的相似性，一致性分别达到90.63%, 83.49%,71.24%和 62.79%。ZmPRR73如何表达，以及在玉米光周期调控网络中发挥什么作用，需要进一步研究。本研究将为热带玉米种质的合理利用以及分子标记辅助选择提供理论依据，对植物开花的光周期途径的分子解析具有重要意义。