玉米干旱胁迫敏感基因wi6的图位克隆及转录组分析

Drought was the most important factors of abiotic stress for restricting crop production, and also was one of the main factors for restricting maize(Zea myas L.) production, it had practical significance for researching drought resistance in maize. It became the focus of studying on drought resistance in maize for cloning of genes related to drought tolerance by using the technology of map-based cloning.. wi6（wilted 6）is a mutant induced by Mu9 transposon, the leaf water serverely lost, chlorosis and wilting under drought stress condition. The extent of the leaf phenotype was directly correlated to temperature. The leaf of mutant performed the same as the wild leaf in the morning, evening or under low temperature condition, at noon or under high temperature condition, the leaf of mutant showed wilting even under enough water situation .while under the lose water condition, the wi6 mutant seemed exist some mechanism to make up for the loss of water in order to slow down the fall of the leaves. Genetic analysis showed that this trait is controlled by a single recessive gene and the gene named wi6. In this study, wi6 gene was cloned by using the method of map-based cloning, through sequencing and analyzing expression and transcriptome of candidate gene, it would help us to clear the gene function and the role in water metabolism pathway, and to provide scientific and theoretical basis to resolve the molecular basis of drought resistance in maize.

干旱是限制主要玉米生产的最重要的非生物胁迫因素, 研究玉米抗旱性具有重要的现实意义。目前利用图位克隆技术开展抗旱相关基因的隆成为抗旱研究的重点。. wi6（wilted6）是一个转座子诱发的突变体,在干旱胁迫下叶片失水严重，表现为褪绿、萎蔫。温度与其表现的程度直接相关，在早晨、傍晚或低温条件下，突变体叶片与野生型相比基本一致，在中午或高温条件下，即使水分充足突变体叶片也会表现出萎蔫的性状；而在失水严重情况下，突变体自身似乎存在着某种机制去弥补水分的丧失，延缓叶片的衰亡；遗传分析表明该性状由隐性单基因控制，根据类似的突变体，我们将该基因暂命名为wi6 。本研究拟利用图位克隆技术对干旱胁迫敏感基因wi6进行克隆，通过对候选基因的表达分析和转录组测序分析，以期了解该基因的功能和作用机理，推测突变体表型形成的机制，为解析玉米抗旱的分子基础提供科学的理论依据。

干旱是限制主要农作物生产的最重要的非生物胁迫因素，也是制约玉米(zea myas L.)生产的主要因素之一。本研究以干旱胁迫敏感的突变体wi6（wilted6））为研究对象，对其进行形态学、生理学及细胞学层面的研究，并利用图位克隆技术对其候选基因进行克隆，以期阐述该基因在作物生长发育及抗旱反应中的作用机理。. wi6突变体由转座子诱导产生，对干旱胁迫比较敏感，主要表现为叶片萎蔫卷曲、叶色失水退绿，严重时甚至枯死，该突变体受光照和温度的影响，在高温强光条件下（中午），即使水分充足，wi6也会表现出萎蔫性状，在阴雨天、早上或傍晚，突变体与野生型表型叶片无明显差别。旱胁迫下，与野生型相比，突变型叶片中的色素含量、净光合速率（Pn），气孔导度（Cond）、叶片相对含水量、渗透势显著降低，脯氨酸、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等渗透调节物质含量明显升高；扫描电镜发现突变型叶片中气孔张开度比较大，且单位叶面积中的气孔数目是野生型1.5倍；光学显微镜及透射电镜观察野生型和突变体细胞壁的结构，发现突变体表皮下方厚壁细胞及维管束鞘厚壁细胞的染色明显较野生型浅，两个区域的厚壁细胞的细胞壁明显比野生型的要薄且细胞壁结构比野生型薄。. 遗传分析表明该性状受隐性单基因控制，利用wi6突变体与B73构建BC1分离群体，通过图位克隆的方法将wi6精细定位于玉米2号染色体上端粒与SSR15之间，物理距离约为180Kb，该区间共有3个候选基因，分别为GRMZM2G172529 、GRMZM2G074530、 GRMZM2G046590；其中 GRMZM2G172529编码一个葡糖醛酸4-O-甲基转移酶（Glucuronoxylan 4-O-methyltransferase），该基因在野生型和突变型中表达差异非常显著，编码区碱基序列没有发生改变，但在ATG上游230bp位置处突变体中有大约1kb的插入；该基因与拟南芥上的AtGXM1基因高度同源，能够催化葡糖醛酸在木聚糖侧链的甲基化，木聚糖在植物次生细胞壁的形成过程中起着重要的作用，参与细胞壁的降解和修饰过程，因此将该基因作为wi6的候选基因，并命名为zmGXM1。